Como realizar a inspeção de qualidade após a impressão 3D de metal?

一, Tecnologia de testes não{0}}destrutivos: observar as coisas de fora para encontrar falhas internas
A principal forma de verificar a qualidade da impressão 3D de metal é por meio de testes não{1}}destrutivos (END), que podem encontrar falhas internas sem afetar a estrutura dos itens. Com base em princípios de detecção distintos, as tecnologias mais comuns podem ser divididas em quatro grupos:
1. Micro CT, ou tomografia computadorizada industrial
A Micro CT emprega raios X-para percorrer peças e obter dados de vários ângulos. Após ser reconstruído por um computador, ele cria imagens tomográficas tri-dimensionais que podem encontrar defeitos com resolução de micrômetros. Um sistema Micro CT com uma fonte de raios X-de 450 kV pode encontrar poros com um diâmetro de 0,02 mm dentro de uma cabeça de cilindro de liga de alumínio e medir coisas como porosidade e comprimento de trinca. Seus principais benefícios são:
Inspeção dimensional completa: pode encontrar falhas internas (como rachaduras e poros) e aberrações geométricas externas (como espessura da parede e deformação) nas peças ao mesmo tempo.
Quantificação com alta precisão: a tecnologia de reconstrução 3D pode estimar corretamente o tamanho, a localização e a densidade de distribuição das falhas.
Operação sem{0}}contato: não danifique peças de precisão novamente.
2. Testes radiográficos (RT)
De acordo com o padrão GB/T 35351 para "Testes Não Destrutivos de Materiais Metálicos - Testes Radiográficos", os testes radiográficos encontram falhas internas observando as mudanças em como os raios X-ou raios gama passam pelas peças. Por exemplo, ao verificar pás de liga de titânio para aviação, os testes radiográficos podem encontrar problemas de não{4}}fusão entre camadas e medir a sensibilidade de detecção usando indicadores de qualidade de imagem (IQI). Apresenta alguns problemas, como:
Limitação da capacidade de penetração: materiais de alta-densidade, como ligas de tungstênio, precisam de fontes de radiação de alta-energia;
Limitações da imagem-bidimensional: projeções sobrepostas podem ocultar problemas em peças estruturais complicadas.
3. Teste usando ondas sonoras (UT)
Os testes ultrassônicos usam a forma como as ondas sonoras de alta-frequência ricocheteiam e viajam pelas peças para encontrar falhas próximas-da superfície, como rachaduras e inclusões. Por exemplo, a tecnologia ultrassônica Phased Array (PAUT) pode encontrar e fotografar rapidamente falhas em moldes de aço inoxidável 316L usando sondas de vários-elementos. Algumas de suas características são:
Muito sensível: pode encontrar fissuras de apenas alguns mícrons;
Dependência direcional: O ângulo da sonda precisa ser definido de acordo com a geometria da peça.
4. Teste com Laser Ultrassônico (LUT)
O LUT emprega pulsos de laser para fazer as ondas de tensão se moverem na superfície das peças e encontra falhas observando como as ondas sonoras se movem através delas. A equipe da Universidade Tecnológica de Nanyang construiu um sistema ultrassônico a laser que pode encontrar rachaduras em peças de liga de titânio em 15 minutos com resolução de 0,1 mm. Este método é bom para encontrar online peças curvas difíceis.
2, Verificando a qualidade da superfície, desde a microestrutura até a forma macroscópica
A qualidade da superfície dos produtos metálicos impressos em 3D tem um impacto direto em sua durabilidade e na resistência à corrosão. As seguintes dimensões devem ser verificadas durante a inspeção de superfície:
1. Medindo a rugosidade da superfície
Para encontrar o desvio médio aritmético (Ra) do perfil superficial da peça, use um medidor de rugosidade superficial como a série MarSurf. Por exemplo, o valor Ra superficial de peças de liga de titânio Ti6Al4V feitas pelo método SLM está normalmente entre 6 e 10 μm. Para cumprir os padrões da aviação, este valor precisa ser reduzido para menos de 0,8 μm usando polimento eletrolítico.
2. Análise da microestrutura
Use microscopia eletrônica de varredura (MEV) para observar a estrutura dos grãos das peças, a composição das fases e a morfologia do defeito. A prensagem isostática a quente (HIP) pode alterar a forma de objetos de liga de alumínio, e as fotos SEM podem demonstrar isso.
3. Testando a composição química
Para descobrir quais produtos químicos estão nas peças, use um espectrômetro de fluorescência de raios X (XRF) ou um espectrômetro de massa com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Por exemplo, verificar o desvio de conteúdo de Cr, Co, W e outros elementos em ligas de alta-temperatura-à base de níquel que foram impressas em 3D para garantir que atendam ao padrão ASTM F3001.
3, Testando o desempenho mecânico: verificando quanto peso as peças podem suportar
É importante verificar as qualidades mecânicas dos objetos metálicos impressos em 3D para ter certeza de que estão à altura:
1. Teste de resistência à tração
O padrão GB/T 228.1 diz para usar uma máquina de teste universal para verificar a resistência à tração (Rm), resistência ao escoamento (Rp0.2) e alongamento (A) das peças. Por exemplo, o Rm das peças de aço inoxidável 17-4PH feitas com o método SLM deve ser 1000MPa ou superior.
2. Teste de fadiga
Use uma máquina de teste de fadiga por flexão rotativa, como uma máquina de teste R-R, para ver quanto tempo as peças duram quando estão sob tensão cíclica. Por exemplo, os fixadores de aviação precisam passar por 10 ciclos de testes de carga e a taxa de propagação de trincas precisa ser inferior a 1 × 10⁻⁶ mm/ciclo.
3. Teste de dureza
Você pode usar um testador de dureza Vickers (HV) ou um testador de dureza Rockwell (HRC) para descobrir quão dura é a superfície dos itens. Por exemplo, as pás das turbinas precisam de peças feitas de Inconel 718 que tenham um valor HV de 450–500 quando impressas com tecnologia DMLS.
4, Prática da Indústria: Tendências em Padronização e Inteligência
1. Construindo um sistema nacional de padrões
Os três padrões nacionais para impressão 3D (GB/T 35351-2025, GB/T 45675-2025 e GB/T 45667-2025) que entraram em vigor em setembro de 2025 oferecem à indústria uma maneira única de avaliar a qualidade. Por exemplo, GB/T 45675 diz como avaliar a rugosidade da superfície de peças SLM e exige que o erro de repetibilidade de detecção do valor Ra seja menor ou igual a 5%.
2. Uso de tecnologias de detecção inteligentes
O uso de aprendizado de máquina e inteligência artificial está tornando a detecção mais eficiente. Por exemplo, a Universidade Tecnológica de Nanyang criou um sistema de análise de orientação de cristal baseado em imagens ópticas-que pode concluir a avaliação da microestrutura de peças de liga de titânio em apenas 15 minutos e custa apenas 1/10 do método SEM.
3. Controle de qualidade para todo o processo
As principais empresas criaram um sistema-de circuito fechado para "feedback de testes de impressão de design". Por exemplo, a GE Aviation adicionou um sistema-de monitoramento in situ ao seu equipamento SLM. Isso permite alterar a intensidade do laser e a velocidade de digitalização em tempo real, o que reduziu a taxa de falhas dos componentes de 8% para menos de 0,5%.