[发明专利]一种通过3D打印技术分析断口微观表面形貌的方法及其应用

说明书

本发明提供了一种通过3D打印技术分析断口微观表面形貌的方法及其应用，包括以下步骤：将数码显微镜结合电脑软件获取材料断口微观表面形貌的剖面线上各点的三维坐标值，并将所述各点的三维坐标值全部生成点云后进行数据存储；将存储的数据进行逆向坐标建模，以画出材料断口微观表面形貌的三维数据模型；将三维数据模型利用3D打印机进行逐层打印，以形成材料断口微观表面形貌的实体模型；利用实体模型进行材料断口失效分析。本发明有效的弥补了应用宏观观察及显微镜进行断口表面形貌失效分析中不够全面、立体和直观的缺陷，对断口裂纹的成因进行更加有效的直观形象立体的微观组织分析，可直观的理解形成裂纹的内在原因。

技术领域

本发明属于断裂失效分析技术领域，特别涉及一种通过3D打印技术分析断口微观表面形貌的方法及其应用。

背景技术

机械产品的失效分析的具有综合性的特点：涉及不同领域的技术，比如金属物理，强度和断裂、摩擦学、腐蚀学、表面科学、材料科学、熔炼、加工、可靠性技术工程等。应用计算机进行失效分析工作，将大大提高分析工作的准确性和可靠性。用计算机分析失效，可以排除因失效分析工作人员的经验、素质和手段不足而带来的局限性和误判。计算机数据处理、图像处理和信号分析，为进行定量失效分析的研究提供了依据。失效分析的经验是新产品开发规划和设计的重要依据，失效分析可以根据失效现象找出失效原因。金属材料制品的断裂失效是机械产品最主要和最复杂的失效，一般分为这几类：按照断裂机理分为滑移分离、韧窝断裂、蠕变断裂、解理与准解理断裂、延晶断裂和疲劳断裂；按照断裂路径分为穿晶，沿晶和混晶断裂；按照断裂性质分为韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。断裂失效分析是从分析断口的宏观与微观特征入手，确定断裂失效模式，分析研究断口形貌特征与材料组织和性能、金属零件的受力状态以及环境条件(如温度、介质等)之间的关系，揭示断裂失效的机理、原因与规律，进而采取改进措施与预防措施。解理断裂是正应力作用下金属的原子键遭到破坏而产生的一种穿晶断裂，密排六方金属的解理面一般是{0001}面。准解理断裂是有类似于混合着解理断裂的小台阶、微孔和撕裂棱的断口。断口形貌是断裂失效分析的重要依据，断口形貌可以提供重要的断裂信息，断口形貌记录了机械零件断裂的全过程信息。Leica数码显微镜DVM6数码显微镜具有环形光,同轴光,透射光LED照明,最大物理像素3664*2748,便于单手操作的倾斜支架,倾斜角度范围-60°-60°,配置LAS X软件,1000万像素高分辨率摄像头,应用于电子行业,汽车制造业,工业生产线检查,产品研发,失效分析等领域。

断口宏观形貌分析是通过用肉眼、放大镜、低倍实体显微镜来观察断口形貌特征，断口裂纹源的位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征影响。断口的微观形貌分析目前主要是通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜。透射电子显微镜是通过对断口表面复制下来的模型进行观察。扫描电子显微镜是直接观察断口，它的放大倍数可以从几十倍到几千倍的连续调节，能够连续的分析断口形貌。从断裂机理可以理解到，任何断裂过程都要包括裂纹形成，缓慢扩展至瞬间断裂等几个阶段。通过断口宏观和微观形貌分析可以看到，由于材料的化学成分不同，所承受的应力不同，上述断裂阶段在断口上留下的形貌也不同，因此在事故分析中，根据断口形貌的特征来分析断裂过程和断裂原因。