金属增材制造中疲劳测试的快速检测方法

增材制造(AM)技术允许实现轻量级设计，增加集成功能的目标。它们具有减少原材料的浪费和灵活的几何设计的特点。增材制造避免了昂贵的模具，缩短了设计、生产和测试之间的时间，使开发周期更快。这些优点使增材制造在航空工业和医疗技术中的应用特别有趣。

尽管增材制造有许多优点，但作为一种制造技术，业界在接受这项技术时一直持谨慎态度。粉末的逐层产生使其机械性能下降，仅在制造过程中产生的特性，导致增材制造组件尚未完全被认可。仅仅确定静态强度是不够的，因为在一个永久的振荡负荷下，例如在飞机上，故障可能发生在一个远低于静态强度的水平。疲劳测试是一种实现增材制造作为生产技术，能更好的被理解和更广泛认可的方法。由于传统的疲劳试验方法耗时，且试样生产需要大量的材料，所以急需新的检测增材制造零件的方法。

目的:研究目前常用的LUMiFrac粘附力分析仪确定粘结剂的粘结强度，可用于测试粘结剂的拉伸性能和采用增材制造技术制备的AlSi7Mg0.6试样的疲劳性能。

方法:通过设计多个测试周期，考虑仪器的测试要求，并结合增材制造工艺的具体特点，调整样本的几何形状。样品是由TruPrint 1000 LBM系统制造。LUMiFrac可同时检测多达8个样品测试（参见图1右侧）。

图1:将组装好的标本放置在仪器的检测模块中。作用在试样上的离心力取决于物体的质量，旋转的速度和试样与转子轴之间距离

随着离心机转速的增加，作用在试样上的离心力增加。由于质量对施加的离心力有影响，所以由铜质组成的质量体就加在样本（见图1左）。它可以很容易地插入导向套筒，并放入仪器检测模块。

结果:由于拉伸试验是测定疲劳性能的基础，因此证明该方法的拉伸试验可以用离心机进行。为此，旋转速度为线性增加，直到试样发生破坏。（参见图2）

图2:不同表面改性的常规和离心拉伸试验结果。最大值显示了抗拉强度及其标准偏差

测试结果提供了关于材料特性的结论，而不仅仅是对不同的表面几何形状进行离心拉伸试验样品。结果的差异性说明了该材料的适用性与匹配的几何形状。

根据离心拉伸试验的结果，对试样进行了交替负载的行为的疲劳试验。改变离心机的转速可以在应力比下对试件进行拉伸加载。结果表明，离心机是适合测试疲劳直至失效。

本文中离心检测方法为增材制造零件的疲劳行为建立了研究方向。它节省资源，与常规的拉伸和疲劳试验相比，需要的材料更少。再者与传统测试相比，测试程序更简单。仪器操作方便，无需夹紧试样，降低测试时的失败率。经过统计验证，本文所开发的方法可以完善现有的测试程序。例如，在增材制造合金材料开发中，由于其加快了工艺周期和简化机械测定性能，将允许更有效地开发合金元素，提高研发效率。