금속 3D 프린팅 금형의 냉각 성능을 테스트하는 방법은 무엇입니까?

一, 냉각 성능 테스트의 주요 부분
1. 열역학적 성능 테스트
열전도율을 측정하는 것은 재료가 열을 얼마나 잘 전달하는지 알아내는 중요한 방법입니다. ASTM E1461 레이저 플래시 방법은 섭씨 -100도에서 500도 사이에서 금형 재료의 열 확산도를 정확하게 평가할 수 있습니다. 연구팀은 3D 프린팅된 H13 금형강을 테스트한 결과 열전도도가 표준 단조 공정보다 12% 더 높은 28.5W/(m·K)임을 발견했습니다. 3D 프린팅이 독특한 미세 입자 구조를 만들어내기 때문이다.

열 저항 분석의 주요 목표는 금형이 열을 얼마나 잘 전달하는지 알아내는 것입니다. 온도 구배 구름 지도를 만들려면 금형의 중요한 지점에 열전대를 배치하고 적외선 열화상 기술을 사용하여 이를 결합할 수 있습니다. 자동차 부품을 만드는 모 회사에서 실시한 테스트에 따르면 3D 프린팅된 알루미늄 합금 다이캐스팅 금형 코어의 온도는 1000개의 금형을 연속으로 제작한 후에도 ± 3도 이내로 유지됩니다. 이는 기존 금형보다 60% 더 낮습니다.

2. 유체 역학 테스트
압력 강하 특성을 테스트하는 것은 냉각수 회로 설계가 합리적인지 확인하는 좋은 방법입니다. Micronics PT100 유량 교정 장치는 유량이 0.1~100L/min일 때 수로의 압력 손실을 정확하게 감지할 수 있습니다. 전자 포장 금형에 대한 사례 연구에 따르면 3D-프린팅된 나선형 냉각수 채널은 20L/분의 유량에서 0.8kPa만 감소했으며 이는 기존 드릴링 수로보다 45% 더 적었습니다. 이는 채널 설계가 유체 역학 원리에 더 부합한다는 것을 보여줍니다.

다중-채널 흐름 센서 네트워크는 흐름 균일성 테스트를 수행하는 데 사용됩니다. 연구팀은 복잡한 3D-프린팅 캐비티 몰드에 12개의 흐름 모니터링 사이트를 설정했습니다. 그들은 냉각 매체가 고르게 퍼지도록 각 채널의 흐름 편차가 ± 2% 이내로 유지되는 것을 관찰했습니다. 이 테스트 절차는 항공우주 산업에 사용되는 고정밀 금형에 매우 적합합니다.- 예를 들어, 제품 변형을 0.3mm에서 0.05mm로 줄이기 위해 수로 패턴을 미세 조정한 위성 지지 금형이 있습니다.

2, 다양한 규모의 테스트를 위한 시스템
1. 미세한 규모의 테스트
금속학 연구는 3D 프린팅의 -유일한-미세 구조 특성을 보여줄 수 있습니다.- Olympus BX53M 금속 조직 현미경을 사용하면 레이저 분말층 용융(LPBF) 공정을 사용하여 만들어진 미세한 원주형 입자를 볼 수 있습니다. 이 입자는 일반적인 주조 방법으로 만든 입자보다 50% 이상 작습니다. 이러한 미세 구조로 인해 재료는 열 피로를 훨씬 더 잘 처리할 수 있습니다. 10^6 열 주기 후에 특정 테스트에서는 3D 프린팅된 금형이 여전히 완전한 결정립계 구조를 갖고 있는 반면 기존 금형에는 명확한 균열이 있는 것으로 나타났습니다.

Micromeritics AutoPore V 수은 압입 다공도 측정기는 다공성을 찾는 데 사용됩니다. 금형의 기공 위치를 정확하게 찾을 수 있습니다. 의료용 임플란트 몰드 테스트 결과 프린팅 설정을 변경하면 기공률을 0.5%에서 0.08%로 낮출 수 있었고, 기공 크기는 대부분 1~5μm인 것으로 나타났습니다. 이 두꺼운 구조는 냉각 매체의 누출을 막아 금형을 더욱 강하게 만듭니다.

2. 대규모 테스트
열화상 동적 모니터링은 금형이 얼마나 균일하게 냉각되고 있는지 쉽게 확인할 수 있는 방법입니다. FLIR T865 열화상 카메라는 금형 표면의 온도가 실시간으로 어떻게 변하는지 보여줄 수 있습니다. 해상도는 640×480이고 -40도에서 1500도까지 온도를 볼 수 있다. 특정 자동차 엔진 실린더 헤드 금형을 테스트할 때 연구원들은 3D 프린팅의 열화상 이미지와 기존 금형을 비교했습니다. 그들은 3D 프린팅 금형의 온도 분포 표준 편차가 1.2도에 불과하며 기존 금형보다 75% 낮다는 것을 발견했습니다. 이는 형상적응형 냉각수 회로 설계가 열 균형에 큰 차이를 가져온다는 것을 보여주었습니다.

MTS 370.10 피로 시험기는 피로 수명 시험에 사용됩니다. 이는 ± 25kN. 3D의 하중 범위로 100만 번의 고온 및 저온 사이클 후에 금형의 성능이 어떻게 변하는지 시뮬레이션합니다. 인쇄된 금형강은 500,000회 사이클 후에 원래 경도의 90%를 유지하는 반면, 기존 금형은 동일한 조건에서 경도의 30%를 잃습니다. 3D 프린팅 기술이 내부 응력 집중을 없애기 때문이다.

3, 최신 테스트 기술 사용
1. 디지털 트윈 기술
Moldflow 금형 흐름 분석 소프트웨어와 기계 학습 방법을 결합하여 금형 냉각 공정의 디지털 트윈 모델을 만들 수 있습니다. 한 연구 그룹은 매개변수화된 지느러미 형태 데이터 36,000세트를 훈련하여 특정 지역의 온도, 속도, 압력 분포를 추측할 수 있는 AI 모델을 구축했습니다. 모델의 예상 결과는 95%의 정확도로 실제 테스트 데이터와 잘 일치합니다. 이는 표준 경험적 방법보다 40% 더 우수하며 금형 제작에 소요되는 시간을 단축합니다.

2. 작은 센서 네트워크
금형 내에 마이크로 온도 및 압력 센서 어레이를 배치하면 냉각 과정을 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 특정 연구에서는 3D-프린팅된 작은 열 교환기에서 24개의 MEMS 센서를 사용하여 0.1도의 국지적 온도 변화를 성공적으로 측정하여 근관 관리를 위한 정확한 데이터 지원을 제공했습니다. 이 기술은 항공우주 산업에서 고정밀-금형을 만드는 데 적합합니다. 예를 들어, 센서 네트워크를 통해 열 스트레스 집중 영역의 온도 변화를 ± 5도 이내로 제어하는 ​​로켓 엔진 노즐 금형.

4. 업계 테스트 표준 및 기준
ISO 23499-2017, "금속 3D 프린팅 품질 평가 표준"은 국제 표준화 기구(ISO)에서 발행되었습니다. 이는 냉각 성능을 평가하는 표준을 설정합니다. 열전도율 테스트는 ASTM E1461 표준을 따라야 하며, 압력 강하 테스트는 ISO 527-2 사양을 따라야 하며, 피로 수명 테스트는 ISO 1217 표준을 따라야 합니다. 중국에서는 GB/T 39251-2020 "적층 가공의 금속 분말 특성 특성화 방법"과 같은 표준이 업계에 전체 기술 사양을 제공합니다.