Koje su prednosti HIP obrade u naknadnoj-obradi metalnog 3D ispisa?

1. Rješavanje unutarnjih nedostataka: od "poroznosti" do "nula nedostataka"
Ne-neravnotežno skrućivanje uzrokovano brzim hlađenjem može stvoriti sitne rupe tijekom metalnog 3D ispisa. S druge strane, rastavljanje potpornih struktura ili nepotpuno topljenje praha može uzrokovati makroskopsko skupljanje. Ti nedostaci mogu uzrokovati pojavu pukotina, što uvelike skraćuje vijek trajanja dijelova. HIP tehnologija popravlja kvarove sljedećim metodama:
Zatvaranje pora i spajanje metala
Kada se metalni materijali zagriju na visoku temperaturu (obično 0,5 do 0,8 puta tališta materijala) i stave pod veliki pritisak (100 do 200 MPa), oni postaju vrlo savitljivi. Tlak plina uzrokuje promjenu oblika metala oko pora, uspostavljajući međusobni kontakt i stvarajući metalurške veze. Zbog toga se volumen pora smanjuje dok ne nestane. Na primjer, nakon HIP tretmana, poroznost visoko{8}}temperaturne legure IN718 proizvedene tehnikom SLM otišla je s 0,8% na 0,02%, što je učinilo gustoćom od 99,99%, a to je ono što zrakoplovna industrija treba kako bi osigurala pouzdanost materijala.
Zacjeljivanje mikropukotina
Toplinski stres u metalnom 3D ispisu može uzrokovati pojavu mikropukotina. Visoko{2}}temperaturno žarenje obrade HIP-om oslobađa od zaostalog naprezanja, a visoko{3}}tlačno okruženje čini da se vrh loma plastično savija, što zatvara pukotinu i stvara stabilnu strukturu granice zrna. Eksperimentalni podaci pokazuju da HIP tretman može smanjiti gustoću pukotina nehrđajućeg čelika 316L za 90% i povećati otpornost na lom za 30%.
Pročišćavanje zrna i stvaranje ujednačenije mikrostrukture
Visok{0}}temperaturni proces HIP-a isti je kao tretman žarenjem, koji može ukloniti pothlađenu strukturu ili metastabilnu fazu koja nastaje kada se SLM brzo hladi. Nakon obrade HIP-om, na primjer, grubi stupčasti kristali legure Ti6Al4V mijenjaju se u fine kristale s jednakom osovinom, a veličina zrna ide od 50 μm do 10 μm. To čini materijal mnogo fleksibilnijim i otpornijim na zamor.
2. Poboljšanje mehaničkih performansi: pronalaženje prave ravnoteže između snage i žilavosti
HIP obrada ima dva učinka na mehaničke karakteristike metalnih 3D tiskanih dijelova:
Snaga i plastičnost bolje idu zajedno.
Čvrstoća materijala može malo pasti (obično za 5% do 15%) nakon tretmana HIP-om, ali njegovi pokazatelji plastičnosti, poput istezanja, znatno rastu. Na primjer, nakon obrade HIP-om, vlačna čvrstoća AlSi10Mg aluminijske legure proizvedene SLM tehnikom pala je s 420MPa na 380MPa, ali je istezanje poraslo s 8% na 15%, što je dobro za lagane konstrukcijske dijelove u automobilima.
Značajno poboljšanje performansi otpornosti na zamor
Glavni razlog za rast pukotina od zamora su unutarnji nedostaci. Uklanjanjem pora i mikropukotina, HIP tretman uvelike povećava vijek trajanja dijelova. Na primjer, vijek-zamora pri visokim temperaturama legure IN718 tretirane HIP-om na 650 stupnjeva i 690 MPa prešao je s 50 sati bez tretmana na 173 sata. Ovo ispunjava zahtjeve životnog vijeka GE zrakoplovnih motora za bitne dijelove.
Anizotropno uklanjanje
Kvaliteta međuslojnog povezivanja metalnog 3D ispisa mogla bi uzrokovati različita mehanička svojstva u različitim smjerovima. Materijal djeluje na isti način u svim smjerovima kada se tretira s HIP-om, koji koristi 360 stupnjeva ravnomjernog pritiska. Na primjer, razlika u koeficijentima radijalnog i aksijalnog trenja između keramičkih kuglica od silicijevog nitrida obrađenih HIP-om je manja od 5%, što je daleko bolje od standardnih metoda sinteriranja.
3. Širenje opsega primjena: od "Dostupnog" do "Pouzdanog"
HIP obrada pomaže s tehničkom stranom korištenja tehnologije 3D ispisa metala u širokim razmjerima u područjima gdje je velika potražnja.
Zrakoplovni sektor
Lopatice turbine, komore za izgaranje i drugi dijelovi motora zrakoplova moraju moći raditi u situacijama s visokim temperaturama, visokim pritiscima i velikim naprezanjem. Obrada HIP-om može ukloniti pukotine uslijed toplinskog naprezanja koje se javljaju kada se SLM proces prebrzo ohladi, a također može poboljšati materijale pri visoko-temperaturnom puzanju. Rolls Royce, na primjer, koristi visokotemperaturne diskove turbina-obrađene-na bazi nikla-za visoke{5}}turbine koji podižu radnu temperaturu s 1200 na 1400 stupnjeva Celzijusa i omjer-potiska-težine za 20%.
Područje medicinskih implantata
Ortopedski implantati moraju biti čvrsti i sigurni za tijelo. Tretman HIP-om može ukloniti segregaciju alfa faze u leguri Ti6Al4V, smanjiti mogućnost istjecanja metalnih iona i učiniti da materijal duže traje pod stresom. Klinički dokazi pokazuju da se stopa kvarova implantata kuka podvrgnutih HIP-u smanjila s 3% na 0,5% nakon desetljeća.
Energetska i pomorska industrija
Dijelovi kao što su tlačne posude nuklearnog reaktora i-kućišta senzora dubokog mora moraju moći podnijeti vrlo teške uvjete. HIP-tretirana cirkonijeva keramika može podnijeti visoki tlak od 110MPa u dubokom moru, a gorivi element presvučen silicij{4}}karbidom može ostati stabilan na visokim temperaturama od 1200 stupnjeva. Ovi materijali su vrlo važni za četvrtu generaciju tehnologije nuklearne energije.