1. 에너지 장비 제작의 고유한 특성으로 인해 품질 관리가 더욱 중요해집니다.
에너지 장비를 만드는 것을 어렵게 만드는 세 가지 주요 요인이 있습니다. 첫째, 재료는 매우 극단적인 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 가스 터빈 블레이드는 1500도의 온도와 300MPa의 응력을 처리할 수 있어야 합니다. 둘째, 구조가 매우 복잡하다. 예를 들어, 원자력 발전소의 증기 발생기에는 수만 개의 미세한 파이프가 있습니다. 셋째, 서비스 환경이 더욱 어려워졌습니다. 예를 들어, 해상 풍력 장비는 염수 분무 부식과 태풍 피해를 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 특성으로 인해 금속 3D 프린팅의 품질 관리가 3배 더 어려워집니다.
재료 특성의 안정성 제어: 열악한 작업 환경에서 프린팅된 부품은 크리프 및 피로 파손과 같은 방식으로 파손되지 않아야 합니다. 예를 들어, 인코넬 718 니켈- 기반 합금으로 제작된 가스 터빈 블레이드는 내부 기공을 제거하고 블레이드의 수명을 일반 주물보다 2배 이상 길게 만들기 위해 열간 등압 성형(HIP) 처리가 필요합니다.
기하학적 정밀도 폐쇄{0}}루프 제어: 원자로의 제어봉 구동 메커니즘과 같은 정밀 부품의 경우 크기 공차가 ± 0.05mm 이내로 유지되어야 합니다. 한 회사는 인쇄하는 동안 모양과 위치의 오류를 실시간으로 수정할 수 있도록 SLM 장비에 레이저 간섭계 측정 시스템을 추가했습니다. 이로 인해 중요 차원 적격률이 82%에서 97%로 높아졌습니다.
결함 발견의 완벽한 적용 범위: 산업용 CT 스캐닝의 기반 기술은 직경이 0.02mm 이상인 미세 구멍 결함을 찾아내고 인쇄된 제품의 3D 모델을 생성할 수 있습니다. 풍력기기를 만드는 회사에서는 결함 데이터베이스를 구축하고 머신러닝 알고리즘을 활용해 CT 영상을 스마트하게 살펴봤다. 이로써 결함을 찾는 데 걸리는 시간이 4시간에서 20분으로 단축되었습니다.
2. 전체 공정 품질 관리 시스템의 네 가지 기둥
(1) 원료의 재료 성능 관리
분말 품질에 대한 3가지 검사: 각 금속 분말 배치의 화학적 조성(ICP-AES 검출 사용), 입자 크기 분포(레이저 회절 방법 사용) 및 유동성(홀 전류 측정기 사용)을 테스트할 수 있도록 분말 배치를 관리하는 시스템을 설정합니다. 에너지 장비를 만드는 한 회사에서는 316L 스테인리스 분말의 D50 입자 크기가 25~35μm, 홀 유속이 25s/50g 이하여야 하며, 산소 함량이 0.05% 이하여야 한다고 말합니다.
재료 데이터베이스 구축: 에너지 분야에서 자주 사용되는 12가지 합금으로 공정 매개변수 데이터베이스를 만듭니다. 이 데이터베이스에는 용융 풀의 모양 및 특정 에너지 밀도에서 다양한 분말 배치가 구형화될 가능성과 같은 중요한 정보가 포함되어야 합니다. 예를 들어, 데이터베이스는 AlSi10Mg 알루미늄 합금에 대한 최고의 밀도(99.2%)와 인장 강도(320MPa)가 350W의 레이저 출력과 1200mm/s의 스캔 속도로 달성될 수 있음을 보여줍니다.
(2) 인쇄 과정을 실시간으로 제어
여러 물리적 필드 간의 상호 작용 시뮬레이션: 우리는 ANSYS Workbench 소프트웨어를 사용하여 인쇄 프로세스에서 열적 기계적 결합 시뮬레이션을 수행하고 잔류 응력이 어떻게 확산되는지 파악합니다. 원자력 장비를 만드는 회사는 시뮬레이션 최적화를 활용하여 인쇄 방향을 Z-축에서 45도 각도로 변경했습니다. 이는 Z-축 수축률을 0.8%에서 0.3%로 줄이고 층간 박리 문제를 훨씬 덜 일반적으로 만들었습니다.
폐{0}}루프 제어 시스템 사용: 적외선 온도계와 용융 풀 모니터링 카메라를 SLM 장비에 배치하여-용융 풀의 크기(오차 ± 10 μm) 및 온도(오차 ± 5도)에 대한 실시간 정보를 제공할 수 있습니다. 용융 풀의 폭이 미리 정해진 값을 15% 초과하면 시스템은 레이저 출력과 스캔 속도를 자동으로 변경하여 용융 풀을 안정적으로 유지합니다.
(3) 후가공 기술의 정확한 제어-
열처리 공정 최적화: Ti6Al4V 티타늄 합금 인쇄 부품에 대해 2{0}}단계 어닐링 절차가 고안되었습니다. 첫 번째 단계는 920도에서 2시간 동안 상을 바꾸는 것입니다. 두 번째 단계는 730도에서 4시간 동안 +상 구조를 미세화하는 것이다. 인쇄된 부품의 피로 강도는 이 처리 후 40% 증가하여 680MPa에 도달했습니다.
표면 개질 기술 접목: MAO(Micro Arc Oxidation) 기술을 사용하여 해상 풍력 터빈 기어박스 베어링을 포함하여 부식되기 쉬운 부품의 표면에 50μm 두께의 세라믹 코팅을 만듭니다. 이로 인해 염수 분무 부식에 견딜 수 있는 지속 시간이 500시간에서 2000시간 이상으로 늘어납니다.
(4) 품질관리를 스마트하게 개선
비파괴 검사 기술의 혼합-: '산업용 CT, 초음파 위상배열 및 와전류 검사'를 포함하는 3단계{1}} 검사 시스템을 설정합니다. 먼저, 산업용 CT(해상도 10m)를 사용하여 직경 200mm인 가스 터빈 연소실 전체를 스캔합니다. 그런 다음 초음파 위상배열 미세 테스트(해상도 0.1mm)를 사용하여 의심되는 영역을 확인합니다. 마지막으로 와전류 테스트를 사용하여 표면의 균열을 확인합니다.
디지털 트윈 기술을 사용하는 방법: 인쇄된 부품의 디지털 복사본을 만들고 실시간으로 어떻게 작동하는지 추적합니다. 특정 회사는 디지털 트윈 모델에 피로 수명 예측 알고리즘을 추가했습니다. 이를 통해 특정 장비 고장 위험을 6개월 전에 조기에 통지하고 계획되지 않은 가동 중지 시간을 65%까지 줄일 수 있습니다.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printing-airplane-engine-stand.html