Ako otestovať chladiaci výkon kovových 3D tlačových foriem?

一, Hlavné časti testovania chladiaceho výkonu
1. Testovanie termodynamického výkonu
Meranie tepelnej vodivosti je dôležitý spôsob, ako zistiť, ako dobre materiály prenášajú teplo. Metóda laserového blesku ASTM E1461 dokáže presne vyhodnotiť tepelnú difúzivitu materiálov foriem medzi -100 a 500 stupňami Celzia. Výskumný tím testoval 3D tlačenú oceľ na formy H13 a zistil, že jej tepelná vodivosť bola 28,5 W/(m · K), čo je o 12 % viac ako pri štandardných postupoch kovania. 3D tlač totiž vytvára jedinečnú jemnozrnnú štruktúru.

Hlavným cieľom analýzy tepelného odporu je zistiť, ako dobre forma prenáša teplo. Ak chcete vytvoriť mapy oblakov s gradientom teploty, môžete umiestniť termočlánky na dôležité body formy a použiť technológie infračerveného tepelného zobrazovania na ich kombináciu. Test vykonaný istou spoločnosťou, ktorá vyrába súčiastky do áut, ukázal, že teplota jadra ich 3D vytlačeného jadra formy na odlievanie z hliníkovej zliatiny- zostáva v rozmedzí ± 3 stupne po výrobe 1 000 foriem za sebou. To je o 60 % menej ako pri tradičných formách.

2. Testovanie dynamiky tekutín
Testovanie charakteristiky poklesu tlaku je dobrý spôsob, ako zistiť, či je návrh okruhu chladiacej vody primeraný. Zariadenie na kalibráciu prietoku Micronics PT100 dokáže správne zistiť stratu tlaku vo vodnej ceste, keď je prietok medzi 0,1 a 100 l/min. Prípadová štúdia elektronickej baliacej formy ukázala, že 3D-vytlačený špirálový chladiaci vodný kanál klesol iba o 0,8 kPa pri prietoku 20 l/min., čo bolo o 45 % menej ako pri tradičnom vrtnom vodnom kanáli. To ukazuje, že jeho dizajn kanála je viac v súlade s princípmi dynamiky tekutín.

Na vykonanie testu rovnomernosti prietoku sa používa viackanálová sieť snímačov prietoku. Výskumný tím vytvoril 12 miest na monitorovanie toku v komplikovanej 3D-vytlačenej dutinovej forme. Pozorovali, že odchýlka prietoku každého kanála sa udržiavala v rozmedzí ± 2 %, aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie chladiaceho média. Tento testovací postup je veľmi dobrý pre-veľmi presné formy používané v leteckom priemysle. Napríklad podporná forma pre satelit, ktorá zdokonalila vzor vodnej cesty, aby sa znížila deformácia deformácie produktu z 0,3 mm na 0,05 mm.

2, Systém testovania v rôznych mierkach
1. Testovanie v mikroskopickom meradle
Metalografická štúdia môže ukázať jedinú-z{1}}-druhu mikroštrukturálnych vlastností 3D tlače. Pomocou metalografického mikroskopu Olympus BX53M môžete vidieť jemné stĺpcové zrná, ktoré boli vyrobené pomocou procesu tavenia laserového prášku (LPBF). Tieto zrná sú o viac ako 50 % menšie ako zrná vyrobené typickými metódami odlievania. Vďaka tejto mikroštruktúre je materiál oveľa lepší pri zvládaní tepelnej únavy. Po 10 ^ 6 tepelných cykloch určitý test preukázal, že 3D tlačené formy stále majú úplnú štruktúru hraníc zŕn, zatiaľ čo tradičné formy mali jasné trhliny.

Na zistenie pórovitosti sa používa ortuťový intruzný porozimeter Micromeritics AutoPore V. Dokáže správne nájsť, kde sú póry vo forme. Test formy na lekárske implantáty ukázal, že zmenou nastavení tlače sa pórovitosť mohla znížiť z 0,5 % na 0,08 % a veľkosť pórov bola väčšinou medzi 1 a 5 μm. Táto hrubá štruktúra zabraňuje úniku chladiaceho média a robí formu pevnejšou.

2. Testovanie vo veľkom meradle
Dynamické monitorovanie termovíziou je jednoduchý spôsob, ako zistiť, ako rovnomerne sa formy ochladzujú. Termovízna kamera FLIR T865 vám môže ukázať, ako sa mení teplota na povrchu formy v reálnom čase. Má rozlíšenie 640 × 480 a dokáže vidieť teploty od -40 stupňov do 1500 stupňov. Pri testovaní určitej formy hlavy valcov automobilového motora výskumníci porovnávali termovízne snímky 3D tlače a tradičných foriem. Zistili, že štandardná odchýlka rozloženia teploty formy na 3D tlač bola iba 1,2 stupňa, čo bolo o 75 % menej ako pri tradičnej forme. To ukázalo, že konformný dizajn okruhu chladiacej vody spôsobil veľký rozdiel v tepelnej rovnováhe.

Na skúšku únavovej životnosti sa používa stroj MTS 370.10. Simuluje, ako by sa zmenil výkon formy po 1 milióne cyklov za tepla a za studena s rozsahom zaťaženia ± 25 kN. 3Formová oceľ s potlačou D si zachová 90 % svojej pôvodnej tvrdosti po 500 000 cykloch, zatiaľ čo tradičné formy stratia za rovnakých podmienok 30 % svojej tvrdosti. Technológia 3D tlače sa totiž zbavuje koncentrácie vnútorného stresu.

3, Použitie najnovších testovacích techník
1. Technológia digitálnych dvojčiat
Digitálny dvojčaťový model procesu chladenia formy možno vytvoriť kombináciou softvéru na analýzu toku formy Moldflow s metódami strojového učenia. Študijná skupina vytvorila model AI, ktorý dokáže odhadnúť distribúciu teploty, rýchlosti a tlaku v určitej oblasti trénovaním na 36 000 súboroch parametrizovaných údajov o tvare plutvy. Predpokladané výsledky modelu sa dobre zhodujú so skutočnými testovacími údajmi s mierou presnosti 95 %. To je o 40 % lepšie ako štandardné empirické metódy a skracuje sa čas potrebný na výrobu formy.

2. Sieť maličkých senzorov
Vloženie mikrosnímača teploty a tlaku do formy vám umožní sledovať proces chladenia v reálnom čase. V konkrétnej štúdii sa použilo 24 senzorov MEMS v 3D-vytlačenom malom výmenníku tepla na úspešné meranie miestnych zmien teploty o 0,1 stupňa , čo poskytuje presnú podporu údajov pre správu kanálov. Táto technika je skvelá na výrobu-veľmi presných foriem v leteckom priemysle. Napríklad forma trysky raketového motora, ktorá riadi zmeny teploty v oblasti koncentrácie tepelného stresu v rozmedzí ± 5 stupňov prostredníctvom siete senzorov.

4. Normy a kritériá pre testovanie v priemysle
ISO 23499-2017, „Standard hodnotenia kvality pre kovovú 3D tlač“, vydala Medzinárodná organizácia pre normalizáciu (ISO). Stanovuje štandard pre hodnotenie chladiaceho výkonu. Skúška tepelnej vodivosti by sa mala riadiť normou ASTM E1461, skúška poklesu tlaku by sa mala riadiť špecifikáciou ISO 527-2 a skúška únavovej životnosti by sa mala riadiť normou ISO 1217. V Číne normy ako GB/T 39251-2020 „Metódy charakterizácie vlastností kovových práškov v aditívnej výrobe“ poskytujú odvetviu úplný súbor technických špecifikácií.