1. Den unika karaktären av att tillverka energiutrustning gör kvalitetskontroll viktigare.
Det är huvudsakligen tre saker som gör energiutrustning svårt. För det första har materialen väldigt extrema egenskaper. Till exempel måste gasturbinbladen klara temperaturer på 1500 grader och spänningar på 300 MPa. För det andra är strukturerna mycket komplicerade. Till exempel har ånggeneratorn i ett kärnkraftverk tiotusentals fina rör. För det tredje har servicemiljön blivit tuffare. Till exempel måste vindkraftsutrustning till havs kunna motstå saltstänkkorrosion och tyfonskador. Dessa egenskaper gör kvalitetskontroll i 3D-utskrift av metall tre gånger så svårt:
Kontroll av materialegenskapernas stabilitet: Under svåra arbetsförhållanden får de tryckta delarna inte misslyckas på sätt som krypning och utmattningsbrott. Till exempel behöver gasturbinblad gjorda med Inconel 718 nickel-baserad legering varm isostatisk pressning (HIP) behandling för att bli av med inre porer och få bladen att hålla mer än dubbelt så länge som vanliga gjutgods.
Geometrisk precisionskontroll med sluten-slinga: För exakta delar som styrstavsdrivmekanismerna i kärnkraftsreaktorer måste storlekstoleranserna hållas inom ± 0,05 mm. Ett företag har lagt till ett laserinterferometrimätsystem till sin SLM-utrustning så att den kan fixa fel i form och position i realtid under utskrift. Detta har höjt kvalificeringsgraden för den avgörande dimensionen från 82 % till 97 %.
Fullständig täckning av att hitta defekter: Tekniken bakom industriell CT-skanning kan hitta mikrohålsfel med en diameter på 0,02 mm eller mer och skapa 3D-modeller av tryckta produkter. Ett företag som tillverkar vindkraftsutrustning satte upp en defektdatabas och använde maskininlärningsalgoritmer för att smart titta på CT-bilder. Detta minskade tiden det tar att hitta defekter från 4 timmar till 20 minuter.
2. Hela processens kvalitetskontrollsystems fyra pelare
(1) Kontroll av materialprestanda vid källan
Tre kontroller av pulvrets kvalitet: Sätt upp ett system för att hantera partier av pulver så att du kan testa den kemiska sammansättningen (med ICP-AES-detektion), partikelstorleksfördelningen (med laserdiffraktionsmetoden) och flytbarheten (med hjälp av en Hall-strömmätare) på varje parti metallpulver. Ett företag som tillverkar energiutrustning säger att D50-partikelstorleken för 316L rostfritt stålpulver bör vara mellan 25 och 35 μm, Hall-flödeshastigheten bör vara mindre än eller lika med 25s/50g, och syrehalten bör vara mindre än eller lika med 0,05%.
Bygga en materialdatabas: Gör en processparameterdatabas med 12 legeringar som ofta används inom energiområdet. Denna databas bör innehålla viktig information som formen på smältbassängen och sannolikheten för att olika pulversatser sfäroidiseras vid vissa energidensiteter. Till exempel avslöjar databasen att den bästa densiteten (99,2%) och draghållfastheten (320MPa) för AlSi10Mg-aluminiumlegeringen kan nås med en lasereffekt på 350W och en skanningshastighet på 1200mm/s.
(2) Kontroll av utskriftsprocessen i realtid
Simulering av interaktion mellan flera fysiska fält: Vi använder ANSYS Workbench-mjukvara för att göra termiska mekaniska kopplingssimuleringar på utskriftsprocessen och ta reda på hur restspänningen skulle spridas. Ett företag som tillverkar kärnkraftsutrustning använde simuleringsoptimering för att ändra utskriftsorienteringen från Z--axeln till en 45 graders vinkel. Detta minskade Z--axelns krympningshastighet från 0,8 % till 0,3 % och gjorde avskalningsproblem mellan skikten mycket mindre vanliga.
Användning av ett styrsystem med sluten-slinga: Sätt en infraröd termometer och en övervakningskamera för smältbassäng i SLM-utrustning så att den kan ge dig information i realtid om smältbassängens storlek (± 10 μm) och temperatur (fel ± 5 grader). Om den smälta poolens bredd går över det förutbestämda värdet med 15 %, ändrar systemet automatiskt lasereffekten och skanningshastigheten för att hålla den smälta poolen stabil.
(3) Exakt kontroll över efter-behandlingsteknik
Optimering av värmebehandlingsprocessen: En tvåstegsglödgningsprocedur har utarbetats för tryckta delar av Ti6Al4V titanlegering. Det första steget är att ändra fasen vid 920 grader i 2 timmar. Det andra steget är att förfina + fasstrukturen vid 730 grader i 4 timmar. De tryckta delarnas utmattningshållfasthet ökade med 40 % efter denna bearbetning och nådde 680 MPa.
Integration av ytmodifieringsteknik: Mikrobågsoxidationsteknik (MAO) gör en 50 μm tjock keramisk beläggning på ytan av delar som sannolikt kommer att korrodera, inklusive havsbaserade vindkraftverks växellådor. Detta ökar varaktigheten de kan motstå saltspraykorrosion från 500 timmar till över 2000 timmar.
(4) Smart förbättring av kvalitetskontrollen
En blandning av icke-förstörande testteknik: Sätt upp ett tre-testsystem som inkluderar "industriell CT, ultraljudsfasad array och virvelströmstestning." Använd först industriell CT (upplösning 10 m) för att skanna hela gasturbinens förbränningskammare, som är 200 mm i diameter. Använd sedan ultraljudsfasad array-fintestning (upplösning 0,1 mm) för att kontrollera eventuella områden som ser misstänkta ut. Använd slutligen virvelströmstestning för att kontrollera sprickor på ytan.
Så här använder du digital tvillingteknik: Gör digitala kopior av tryckta delar och håll koll på hur de mår i realtid. Ett specifikt företag har lagt till en algoritm för förutsägelse av utmattningsliv till sin digitala tvillingmodell. Detta kan ge en 6-månaders tidig varsel om vissa risker för haveri av utrustning och minska oplanerade driftstopp med 65 %.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-airplane-engine-stand.html