Comment effectuer un contrôle qualité après une impression 3D métal ?

一, Technologie de contrôle non destructif : examiner les choses de l'extérieur pour trouver des défauts internes
Le principal moyen de vérifier la qualité de l'impression 3D métallique consiste à effectuer des tests non destructifs (CND), qui peuvent détecter des défauts internes sans affecter la structure des éléments. Basées sur des principes de détection distincts, les technologies les plus courantes peuvent être classées en quatre groupes :
1. Micro CT, ou tomodensitométrie industrielle
Micro CT utilise des rayons X-pour parcourir les pièces et obtenir des données sous plusieurs angles. Après avoir été reconstruit par un ordinateur, il crée-des images tomographiques tridimensionnelles capables de détecter des défauts avec une résolution de l'ordre du micromètre. Un système Micro CT doté d'une source de rayons X- de 450 kV peut détecter des pores d'un diamètre de 0,02 mm à l'intérieur d'une culasse en alliage d'aluminium et mesurer des éléments tels que la porosité et la longueur des fissures. Ses principaux avantages sont :
Inspection dimensionnelle : permet de détecter à la fois des défauts intérieurs (comme des fissures et des pores) et des aberrations géométriques extérieures (comme l'épaisseur et la déformation des parois) dans les pièces.
Quantification avec une grande précision : la technologie de reconstruction 3D peut estimer correctement la taille, l'emplacement et la densité de distribution des défauts.
Fonctionnement sans-contact : n'endommagez plus les pièces de précision.
2. Tests radiographiques (RT)
Selon la norme GB/T 35351 pour « Tests non destructifs des matériaux métalliques - Tests radiographiques », les tests radiographiques détectent les défauts internes en examinant les changements dans la façon dont les rayons X- ou les rayons gamma traversent les pièces. Par exemple, lors de la vérification des pales d'aviation en alliage de titane, les tests radiographiques peuvent détecter des problèmes de non-fusion entre les couches et mesurer la sensibilité de détection à l'aide d'indicateurs de qualité d'image (IQI). Il présente quelques problèmes, tels que :
Limitation de la capacité de pénétration : les matériaux à haute-densité, comme les alliages de tungstène, nécessitent des sources de rayonnement à haute-énergie ;
Limites de l'imagerie bidimensionnelle- : les projections qui se chevauchent peuvent masquer des problèmes dans des pièces structurelles complexes.
3. Tests utilisant des ondes sonores (UT)
Les tests par ultrasons utilisent la manière dont les-ondes sonores à haute fréquence rebondissent et traversent les pièces pour détecter les défauts proches de la surface-, tels que les fissures et les inclusions. Par exemple, la technologie d'ultrasons multiéléments (PAUT) peut rapidement détecter et photographier les défauts dans les moules en acier inoxydable 316L à l'aide de sondes multi-éléments. Certains de ses traits sont :
Très sensible : peut détecter des fissures aussi petites que quelques microns ;
Dépendance directionnelle : L'angle du palpeur doit être réglé parfaitement pour la géométrie de la pièce.
4. Tests avec laser ultrasonique (LUT)
LUT utilise des impulsions laser pour faire bouger les ondes de contrainte à la surface des pièces et détecte les défauts en observant comment les ondes sonores se déplacent à travers elles. L'équipe de l'Université technologique de Nanyang a construit un système laser à ultrasons capable de détecter des fissures dans les pièces en alliage de titane en 15 minutes avec une résolution de 0,1 mm. Cette méthode est idéale pour trouver en ligne des pièces courbes difficiles.
2, Vérification de la qualité de la surface, de la microstructure à la forme macroscopique
La qualité de surface des produits métalliques imprimés en 3D a un impact direct sur leur durée de vie et leur résistance à la corrosion. Les dimensions suivantes doivent être vérifiées lors de l’inspection de la surface :
1. Mesurer la rugosité de la surface
Pour trouver l'écart moyen arithmétique (Ra) du profil de surface de la pièce, utilisez un rugosimètre comme la série MarSurf. Par exemple, la valeur Ra ​​de surface des pièces en alliage de titane Ti6Al4V fabriquées par la méthode SLM est normalement comprise entre 6 et 10 μm. Pour répondre aux normes aéronautiques, cette valeur doit être abaissée à moins de 0,8 μm par polissage électrolytique.
2. Analyse de la microstructure
Utilisez la microscopie électronique à balayage (MEB) pour examiner la structure des grains des pièces, la composition des phases et la morphologie des défauts. Le pressage isostatique à chaud (HIP) peut modifier la forme des objets en alliage d'aluminium, et les photos SEM peuvent le démontrer.
3. Tester la composition chimique
Pour découvrir quels produits chimiques contiennent les morceaux, utilisez un spectromètre à fluorescence X -(XRF) ou un spectromètre de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Par exemple, vérifier l'écart de teneur en Cr, Co, W et d'autres éléments dans les alliages à haute température à base de nickel-à haute-qui ont été imprimés en 3D pour s'assurer qu'ils répondent à la norme ASTM F3001.
3, test des performances mécaniques : vérification du poids que les pièces peuvent supporter
Il est important de vérifier les qualités mécaniques des objets métalliques imprimés en 3D pour s’assurer qu’ils sont à la hauteur :
1. Test de résistance à la traction
La norme GB/T 228.1 stipule d'utiliser une machine d'essai universelle pour vérifier la résistance à la traction (Rm), la limite d'élasticité (Rp0,2) et l'allongement (A) des pièces. Par exemple, le Rm des pièces en acier inoxydable 17-4PH fabriquées avec la méthode SLM doit être de 1 000 MPa ou plus.
2. Test de fatigue
Utilisez une machine d'essai de fatigue par flexion rotative, comme une machine d'essai R-R, pour voir combien de temps durent les pièces lorsqu'elles sont soumises à des contraintes cycliques. Par exemple, les fixations aéronautiques doivent subir 10 cycles d'essais de charge et le taux de propagation des fissures doit être inférieur à 1 × 10⁻⁶ mm/cycle.
3. Test de dureté
Vous pouvez utiliser un testeur de dureté Vickers (HV) ou un testeur de dureté Rockwell (HRC) pour connaître la dureté de la surface des objets. Par exemple, les aubes de turbine nécessitent des pièces en Inconel 718 qui ont une valeur HV de 450 à 500 lorsqu'elles sont imprimées avec la technologie DMLS.
4, Pratiques industrielles : tendances en matière de normalisation et d'intelligence
1. Construire un système de normes nationales
Les trois normes nationales pour l’impression 3D (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 et GB/T 45667-2025) entrées en vigueur en septembre 2025 offrent à l’industrie un moyen unique de juger de la qualité. Par exemple, GB/T 45675 indique comment évaluer la rugosité de surface des pièces SLM et exige que l'erreur de répétabilité de détection de la valeur Ra ​​soit inférieure ou égale à 5 %.
2. Utilisation de technologies de détection intelligente
L’utilisation de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle rend la détection plus efficace. Par exemple, l'Université technologique de Nanyang a créé un système d'analyse de l'orientation des cristaux basé sur l'imagerie optique-qui peut terminer l'évaluation de la microstructure des pièces en alliage de titane en seulement 15 minutes et ne coûte que 1/10 de la méthode SEM.
3. Contrôle qualité pour l’ensemble du processus
Les grandes entreprises ont mis en place un système en boucle fermée-pour les « commentaires sur les tests d'impression de conception ». Par exemple, GE Aviation a ajouté un système de surveillance in situ à son équipement SLM. Cela leur permet de modifier l'intensité du laser et la vitesse de balayage en temps réel, ce qui a réduit le taux de défaillance des composants de 8 % à moins de 0,5 %.