Hoe voer ik een kwaliteitsinspectie uit na het 3D-printen van metaal?

Bijvoorbeeld, niet-destructieve testtechnologie: dingen van buitenaf bekijken om interne fouten te vinden
De belangrijkste manier om de kwaliteit van 3D-printen met metaal te controleren is door niet-destructief onderzoek (NDT), waarbij interne gebreken kunnen worden opgespoord zonder de structuur van het item te beïnvloeden. Op basis van verschillende detectieprincipes kunnen de meest voorkomende technologieën in vier groepen worden ingedeeld:
1. Micro CT, of industriële computertomografie
Micro CT maakt gebruik van röntgen-stralen om door onderdelen te gaan en gegevens vanuit meerdere hoeken te verkrijgen. Nadat het door een computer is gereconstrueerd, worden er drie-dimensionale tomografische beelden gemaakt die defecten kunnen vinden met een resolutie van micrometers. Een Micro CT-systeem met een röntgenbron van 450 kV kan poriën met een diameter van 0,02 mm in een cilinderkop van aluminiumlegering vinden en zaken als porositeit en scheurlengte meten. De belangrijkste voordelen zijn:
Volledige dimensionale inspectie: kan tegelijkertijd zowel interne gebreken (zoals scheuren en poriën) als uiterlijke geometrische aberraties (zoals wanddikte en vervorming) in onderdelen vinden.
Kwantificering met hoge nauwkeurigheid: 3D-reconstructietechnologie kan de omvang, locatie en distributiedichtheid van fouten correct schatten.
Contactloze bediening: beschadig precisieonderdelen niet meer.
2. Radiografische testen (RT)
Volgens de GB/T 35351-norm voor "Non Destructive Testing of Metallic Materials - Radiographic Testing" worden bij radiografisch onderzoek interne gebreken opgespoord door te kijken naar de veranderingen in de manier waarop röntgen- of gammastraling door onderdelen gaat. Bij het controleren van luchtvaartbladen van titaniumlegeringen kunnen radiografische tests bijvoorbeeld niet--fusieproblemen tussen de lagen opsporen en de detectiegevoeligheid meten met behulp van beeldkwaliteitsindicatoren (IQI). Het heeft een aantal problemen, zoals:
Beperking van het penetratievermogen: Materialen met een hoge-dichtheid, zoals wolfraamlegeringen, hebben stralingsbronnen met hoge-energie nodig;
Beperkingen van twee-dimensionale beeldvorming: overlappende projecties kunnen problemen in ingewikkelde structurele delen verbergen.
3. Testen met geluidsgolven (UT)
Bij ultrasoon onderzoek wordt gebruik gemaakt van de manier waarop hoog{0}}geluidsgolven terugkaatsen en door onderdelen reizen om bijna- oppervlaktefouten zoals scheuren en insluitsels te vinden. Phased Array Ultrasonic Technology (PAUT) kan bijvoorbeeld snel fouten in 316L roestvrijstalen mallen opsporen en fotograferen met behulp van sondes met meerdere- elementen. Enkele van zijn eigenschappen zijn:
Zeer gevoelig: kan scheuren vinden die zo klein zijn als een paar micron;
Richtingsafhankelijkheid: De hoek van de taster moet precies goed worden ingesteld voor de geometrie van het onderdeel.
4. Testen met laser ultrasoon (LUT)
LUT maakt gebruik van laserpulsen om spanningsgolven op het oppervlak van onderdelen te laten bewegen en ontdekt fouten door te kijken hoe geluidsgolven er doorheen bewegen. Het team van de Nanyang Technological University heeft een ultrasoon lasersysteem gebouwd dat in 15 minuten scheuren in onderdelen van titaniumlegeringen kan vinden met een resolutie van 0,1 mm. Deze methode is goed voor het online vinden van moeilijke gebogen onderdelen.
2, Controle van de kwaliteit van het oppervlak, van de microstructuur tot de macroscopische vorm
De oppervlaktekwaliteit van 3D-geprinte metalen producten heeft een directe invloed op hoe lang ze meegaan en hoe goed ze bestand zijn tegen corrosie. Bij oppervlakte-inspectie moeten de volgende afmetingen worden gecontroleerd:
1. Meten van de ruwheid van het oppervlak
Om de rekenkundig gemiddelde afwijking (Ra) van het oppervlakteprofiel van het onderdeel te vinden, gebruikt u een oppervlakteruwheidsmeter zoals de MarSurf-serie. De oppervlakte-Ra-waarde van Ti6Al4V-onderdelen van titaniumlegering gemaakt met de SLM-methode ligt bijvoorbeeld normaal gesproken tussen 6 en 10 μm. Om aan de luchtvaartnormen te voldoen, moet deze waarde door middel van elektrolytisch polijsten worden verlaagd tot minder dan 0,8 μm.
2. Analyse van de microstructuur
Gebruik scanning-elektronenmicroscopie (SEM) om de korrelstructuur, fasesamenstelling en defectmorfologie van de onderdelen te bekijken. Heet isostatisch persen (HIP) kan de vorm van voorwerpen uit aluminiumlegeringen veranderen, en SEM-foto's kunnen dit aantonen.
3. Testen van de chemische samenstelling
Als u wilt weten welke chemicaliën er in de stukken zitten, gebruikt u een röntgenfluorescentiespectrometer (XRF) of een inductief gekoppelde plasmamassaspectrometer (ICP-MS). Bijvoorbeeld het controleren van de inhoudsafwijking van Cr, Co, W en andere elementen in op nikkel-gebaseerde hoge- temperatuurlegeringen die in 3D zijn geprint om ervoor te zorgen dat ze voldoen aan de ASTM F3001-norm.
3, Mechanische prestaties testen: controleren hoeveel gewichtsonderdelen kunnen worden vastgehouden
Het is belangrijk om de mechanische eigenschappen van 3D-geprinte metalen objecten te verifiëren om er zeker van te zijn dat ze in orde zijn:
1. Test op treksterkte
De GB/T 228.1-norm zegt dat er een universele testmachine moet worden gebruikt om de treksterkte (Rm), de vloeigrens (Rp0,2) en de rek (A) van de onderdelen te controleren. De Rm van 17-4PH roestvrijstalen onderdelen gemaakt met de SLM-methode moet bijvoorbeeld 1000 MPa of hoger zijn.
2. Test op vermoeidheid
Gebruik een roterende buigvermoeidheidstestmachine, zoals een R-R-testmachine, om te zien hoe lang onderdelen meegaan als ze onder cyclische spanning staan. Bevestigingsmaterialen voor de luchtvaart moeten bijvoorbeeld tien cycli van belastingtests ondergaan en de scheurvoortplantingssnelheid moet minder dan 1 × 10⁻⁶ mm/cyclus zijn.
3. Testen op hardheid
U kunt een Vickers-hardheidsmeter (HV) of een Rockwell-hardheidsmeter (HRC) gebruiken om erachter te komen hoe hard het oppervlak van voorwerpen is. Voor turbinebladen zijn bijvoorbeeld stukken nodig die zijn gemaakt van Inconel 718 en die een HV-waarde van 450–500 hebben wanneer ze worden bedrukt met DMLS-technologie.
4, Industriepraktijk: trends in standaardisatie en intelligentie
1. Bouwen aan een nationaal standaardsysteem
De drie nationale normen voor 3D-printen (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 en GB/T 45667-2025) die in september 2025 van kracht werden, bieden de industrie één manier om kwaliteit te beoordelen. GB/T 45675 zegt bijvoorbeeld hoe de oppervlakteruwheid van SLM-onderdelen moet worden beoordeeld en vereist dat de herhaalbaarheidsfout van de Ra-waarde kleiner dan of gelijk aan 5% is.
2. Gebruik van slimme detectietechnologieën
Het gebruik van machine learning en kunstmatige intelligentie maakt detectie efficiënter. De Nanyang Technological University heeft bijvoorbeeld een op optische beeldvorming-gebaseerd kristaloriëntatieanalysesysteem ontwikkeld dat de microstructuurevaluatie van onderdelen van titaniumlegeringen in slechts 15 minuten kan voltooien en slechts 1/10 van de SEM-methode kost.
3. Kwaliteitscontrole voor het hele proces
Toonaangevende bedrijven hebben een gesloten-loopsysteem opgezet voor 'feedback over het testen van ontwerpen en afdrukken'. GE Aviation heeft bijvoorbeeld een in-situ monitoringsysteem toegevoegd aan zijn SLM-apparatuur. Hierdoor kunnen ze de laserintensiteit en scansnelheid in realtime wijzigen, waardoor het uitvalpercentage van componenten is verlaagd van 8% naar minder dan 0,5%.