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增材制造技术及其检测难点
发布:kittyll   时间:2018/10/22 16:54:18   阅读:1431 
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非金属增材制造技术;图片来源:Weaver

传统的无损检测方法,在检测增材制造技术制备出的零部件,与检测其他加工技术制备的零件方面有很多相似之处。但是,或多或少,增材制造技术的兴起仍然对无损检测技术带来了一定的挑战。

增材制造(AM)是近年来最热门和最具革命性的制造工艺之一。这种新型制造工艺只要把设计输入机器里,然后把功能部件从机器的另一边取出来即可,这种想法以前出现在上一代人的科幻小说里,虽然现在我们仍离《星际迷航》电影里那样复制人类的技术还很遥远,但我们正在缩小这个差距。
 
塑料、橡胶、陶瓷、油墨、贵金属和一些特殊合金材料,每天都在不同的行业中被制造及应用,其应用领域非常广泛,包括普通玩具、模具,甚至到人体器官等。现在这一切都可以利用3D打印(增材制造)技术打印出来。在本文中,我们将重点关注增材制造技术在航空航天和发电方面的应用,许多人正就这些方面的一些难题不断在努力设计和创造一些创新的解决方案。
 
在这些领域中,使用3D打印技术制造的组件正变得愈加复杂,并且在越来越多的关键应用中被接受和使用。这些应用程序只是有关行业希望与增材制造技术合作的开始。在不久的将来,随着增材制造技术所用的粉末和合金材料性能的不断进步,制造出来的新组件的综合性能也将达到一种更高、更新的水平。
 
现在,考虑到增材制造技术正在生产的产品具有更加独特和高度优化的形状,我们也需要一些更加先进的实际检测能力。检测能力和冶金验证必须是增材制造设计和工艺参数的重要组成部分。例如,我们需要真正了解当前的检测现状,以及未来可能需要检测的地方。
 
在深入研究增材制造检测要点之前,让我们先了解一下复杂的金属增材制造技术。
 
首先,增材制造(AM)技术不仅仅是一种技术,而是指一类技术。AM(通常被称为3D打印技术)分为两大类:粉末层熔化(PBF)和直接能量沉积(DED)。这两大类技术中都分别包括了一些其他分类技术。

PBF:
  • 直接金属激光烧结(DMLS)
  • 选择性激光烧结(SLS)
  • 选择性激光熔融(SLM)
  • 电子束熔融技术(EBM) 
DED:
  • 钨极气体保护电弧技术(GTA)
  • 等离子弧技术(PA)
  • 气体保护焊技术(GMA)
  • 等离子弧技术(PTA)
  • 激光束技术(LB)
  • 电子束自由技术(EBF) 

在深入了解这些技术之前,我们先了解一下PBF和DED这两类技术的差别。
 
对于PBF技术,其原理是将均匀的粉末层供给到沉积平面上,在该沉积平面上引导电子束或激光,光束或激光的能量在平面中的所有指定位置照射粉末并使其熔融固化。当该平面完成后,系统将索引到下一个平面并重复该过程。这种情况一直会持续到组件完全构建完毕。在PBF技术中,沉积平面固定在x和y轴上,并且只有当构建平面完全完成时才会在z轴上移动。
 

金属粉末床融化增材制造技术;图片来源:Weaver
 
在DED技术中,粉末或线材与能量源同步地供应到熔池中,该能量源可以是电子束或激光器。与PBF一样,来自光束或激光的能量将打印材料熔化;但与PBF不同,沉积点不固定在x和y轴方向上,这意味着,正在建造的表面和/或能源将与建造设计相关联移动。此外,DED的另一个不同之处在于,部件层的构建几乎可以在任何方向上进行,这也是这两种增材制造技术之间最大的差异。
 

直接能量沉积增材制造技术;图片来源:BeAM
 
因此,PBF和DED都是将材料熔化并融合成设计形状的方法,并且两者都可以形成复杂的形状。不同之处在于材料的引入方式以及部件中每层的形成方式。希望