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        泰琛測試技術(上海)有限公司
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      12. 2021-06-02

        工業CT檢測與增材制造技術

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        制造業的快速發展對產品的質量、性能要求逐漸提高,傳統的機械制造成形技術對一些單件小批量且形狀復雜的零件存在工藝復雜、精度有限、開發周期長、材料浪費、制造成本增加等問題。因此,增材制造技術的出現具有重要的意義。

        增材制造技術又稱3D打印技術,是一種基于構件的三維數字模型,通過使用激光束或電子束作為熱源將金屬母材熔化后逐層堆積成實體構件的先進制造技術。這種點-線-面-體的加工方式使其在制造復雜形狀構件方面具有獨特的優勢。與傳統的機械制造技術相比,增材制造技術在一體化成形零件的基礎上,減少了模具設計與開發、縮短了產品的研發周期、提高了材料的利用率。因此增材制造制備的零件在航空航天、汽車醫療、軍工化學等領域得到廣泛的應用。

        金屬3D打印件.png

        盡管增材制造技術有眾多優點,但其成形零件的性能仍然存在不足,難以避免成形零件存在微觀裂紋、粉末未完全熔化、冶金結合不良、孔洞形成等缺陷。這也阻礙了激光增材制造技術的應用。

        因此為推廣和擴大激光增材制造技術的應用,減少和消除這些缺陷的方法和工藝對激光增材制造技術的發展至關重要,需要對其內在缺陷進行深入研究,探索出有效的解決方法,而無損檢測的發展對提高增材制造制件的質量有重要作用。

        國內外對其非常重視增材技術,該技術最早在1982年由美國學者提出,并且在20世紀80年代得到大力發展,各個國家都發展并創辦增材制造公司。進入21世紀,增材制造技術已經得到大力的發展和運用。2012年美國為重振制造業提出了一系列計劃,將3D打印技術列為是一項重要的技術之一。英國,澳大利亞,新加坡,日本都實施以增材制造技術為核心的制造革命計劃,以構建其完備的增材制造材料與裝備體系,提高其增材制造技術的國際競爭能力。

        中國于20世紀90年代初開始對增材制造技術進行研究,雖然短短20余年時間卻得到了學術界及企業的高度重視,中國高校和科研機構在增材制造技術領域起步較早。2016年中國成立的全國增材制造技術標準委員會致力于增材制造技術的相關標準的研究和制定。

        盡管國內外在增材制造的成型及應用研究方面取得了大量成果,但增材制造現在航空航天,汽車等領域的大量應用還存在差距,其中成型、質量控制、殘余應力、以及制造精度是增材制造技術面臨的主要困難,急需通過材料、工藝、檢測、控制等多學科交叉,提升制件質量。

        現實應用中,用于傳統制造零部件的破壞性試驗無法用于增材制造的制件,因為它們往往是一次性的,而且制造成本極其昂貴。此外,由于增材制造的制件是一層層創建,屬性更加難以預測。增材制造零部件的獨特性給產品質量檢驗帶來了挑戰,而它正好適合使用無損檢測。

        無損檢測就是在不用破壞工件的前提下對工件內部的缺陷和表面的缺陷進行檢測。該技術適用于具有復雜幾何形狀以及成本昂貴的零件能夠滿足增材制造部件的獨特檢驗要求。無損檢測的方法不僅可用于材料內部缺陷的檢測與表征,還可實現材料的密度、彈性參數、孔隙率、殘余應力分布以及其內部各種非連續性等方面的無損測試與表征,整個過程可實現快速、無損、原位的檢測。

        在制備過程中使用無損檢測來實時監控3D打印制品中殘余應力的分布,可以防止其翹曲和開裂;在產品的研發階段,使用無損檢測結合數字計算機技術可以為制品提供其相應的密度、彈性參數、孔隙率,指導產品研發工藝的提高與升級,為制備出更高質量的3D打印制品起到指導作用,對縮短材料的研發與生產周期和成本有積極意義。

        在無損檢測中,工業CT檢測可以對樣品進行表面和內部的檢測,包括表面的粗糙度、尺寸精度及內部缺陷。超聲檢測和滲透檢測僅僅是針對樣品的表面。工業CT檢測技術精度高可呈現三維斷層掃描圖像,結果直觀,適用于復雜構件中的中小型結構件的無損檢測等精細的零件工業CT技術在檢測內部孔隙率,裂紋等方面具有獨特的優勢。

        通過相互對比,可以發現,相比超聲波檢測技術,工業CT檢測手段在增材制造中運用的更為廣泛。這主要是因為工業CT不受待檢測物體結構、材料及表面狀況的限制,同時提供了被檢測物體的某一截面的斷層圖像或三維圖像,簡單直觀清晰的表征被檢物體的內部結構信息,能夠精確度量。這些很好地彌補了超聲檢測等常規檢測方法的不足,對增材制造復雜零件內部缺陷進行檢測,總而言之,工業CT計算機斷層掃描,是一種強大的對增材制成品進行無損檢測技術,可以很好的描述材料的結構形狀分布和缺陷尺寸。

        工業CT檢測可檢測增材制造樣品的氣孔,融合不良,裂紋,夾雜等缺陷特別細小缺陷,并可給出二維斷層掃描圖像。對于尺寸較小,形狀復雜的增材制造零件,例如金屬網格結構和發動機噴嘴等復雜結構,以及要求檢出較小的孔隙和殘留粉末的缺陷建議使用工業CT檢測方法。

        為使的增材制造的零件大范圍的適用于航空,航天,汽車等重要領域,需要提高無損檢測的技術和水平。建議在以下四個方面開展深入的工作。

        第一、 加強對無損檢測新技術的應用,增材制造件已經逐漸出現大型化復雜化的趨勢,并且以往的無損檢測方式是無法滿足其要求的,所以應積極研究工業CT等新型無損檢測的方法。

        第二、 加強對增材制造在線檢測方法的研究力度。目前來看,增材制造的未來發展離不開在線檢測的參與。目前在線檢測需要技術的深入研究。

        第三、 加強應力測試表征技術的研究,內應力始終是大型構建的成型阻礙,假如能使用無損檢測技術,假如能使用無損檢測可以對其內應力進行有效表征和檢測,那么將在確保制件質量等方面提供強有力的支撐。

        第四、 積極建立與完善增材制造領域無損檢測方法的相關標準。因為現階段金屬增材制造制件中的無損檢測標準還未形成科學系統的體系,所以建立與進一步完善無損檢測方法標準是未來該領域的重點發展方向。

        由于工業CT在增材制造樣品檢測方面有巨大的優勢,泰琛測試率先在中國引進德國一流的Yxlon工業CT,并保持設備在世界上也是最新款。我們工程師和德國科研團隊一起,努力在工業CT應用方面做更多的嘗試,相信在不遠的將來,工業CT的應用前景將更加廣泛,工業CT技術對制造業,尤其是3D打印,增材制造業的提升的作用也越來越大。


        泰琛測試專注于為客戶提供 工業CT掃描、工業CT檢測、無損檢測、3D掃描、孔隙率檢測、X-Ray檢測、失效分析 等專業技術服務以及認證、培訓、咨詢及設備代理一站式服務。






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