آیا تفاوت قابل توجهی در عملکرد قطعات پرینت سه بعدی فلزی قبل و بعد از عملیات حرارتی وجود دارد؟

1. ریزساختار: تغییر کیفیت از نقص به تراکم
فرآیند پرینت سه بعدی فلزی شامل گرم کردن و خنک کردن سریع مواد است که باعث می شود ایرادات ریز زیادی در داخل اشیا رخ دهد. به عنوان مثال، در روش ذوب بستر پودر لیزری (LPBF)، حوضچه مذاب به سرعت سرد می شود، که کریستال های ستونی درشت با نابجایی-چگالی بالا و ریز منافذ در مرزهای دانه ایجاد می کند. این عیب ها نه تنها چگالی مواد را کاهش می دهند (معمولاً 98٪ - 99.5٪)، بلکه باعث ایجاد ترک می شوند که باعث می شود قطعات از نظر کیفیت مکانیکی ضعیف تر شوند.
عملیات حرارتی با انجام کارهای زیر باعث بهبود ریزساختار می شود:
چگالش: عملیات پرس ایزواستاتیک داغ (HIP) با دمای بالا (معمولاً 0.7{3}} 0.9 برابر نقطه ذوب ماده) و فشار بالا (100-200MPa) برای بستن منافذ داخلی و ریزترک‌های قطعه کار می‌کند. به عنوان مثال، پس از درمان HIP، چگالی قطعات آلیاژی با دمای بالا برای یک موتور هوایی خاص از 99.2٪ به 99.99٪ رسید و قطعات می توانند قبل از خراب شدن پنج برابر بیشتر دوام بیاورند.
پالایش دانه: فرآیند تبلور مجدد در طول بازپخت می تواند اندازه دانه را کوچکتر کند. به عنوان مثال، آنیل کردن قطعات چاپ شده با آلیاژ آلومینیوم در دمای 350 درجه به مدت 2 ساعت، اندازه دانه را از 100 میکرومتر به 20 میکرومتر کاهش می دهد و استحکام تسلیم را تا 15 درصد افزایش می دهد.
کنترل تغییر فاز: هنگامی که فولاد را خاموش و گرم می‌کنید، می‌توانید یک ساختار{0}دو فازی متشکل از مارتنزیت و آستنیت باقیمانده بسازید. به عنوان مثال، پس از خاموش شدن در 1050 درجه و حرارت دادن در 200 درجه، سختی قطعات چاپ شده از فولاد قالب به 58HRC می رسد و سه برابر بیشتر از قطعات فرآوری نشده در برابر سایش مقاوم هستند.
2، خواص مکانیکی: از شکننده بودن به قوی بودن تبدیل می شود
عملیات حرارتی برای بهتر کردن خواص مکانیکی اقلام پرینت سه بعدی فلزی بسیار مهم است. به عنوان مثال، هنگام نگاه کردن به آلیاژ{2}}در دمای بالا GH4169، قطعات چاپ شده نسبت به قطعات آهنگری استحکام کششی و استحکام تسلیم کمی کمتری دارند، اما ازدیاد طول در هنگام شکست و انقباض{4} مقطع بسیار بدتر است. پس از عملیات حرارتی معمول (بازپخت تنش زدایی و بازپخت همگن)، کیفیت کششی آن در دمای اتاق و دماهای بالا استانداردهای آهنگری را برآورده می کند یا از آن فراتر می رود. دوام بالای{7}}دمای آن نیز از قطعات آهنگری برتر است.
تفاوت در عملکرد در موارد زیر نشان داده شده است:
افزایش قدرت: روش کوئنچ یک ساختار مارتنزیتی را با خنک کردن سریع آن می سازد که آن را بسیار سخت تر می کند. به عنوان مثال، پس از خاموش کردن، استحکام کششی قطعات چاپی ساخته شده از آلیاژ با دمای بالا-نیکل-از 460 مگاپاسکال به 585 مگاپاسکال افزایش می یابد.
سرسختی بهتر: معتدل کردن می تواند استرس را از بین ببرد و شرایط را سخت تر کند. به عنوان مثال، پس از خاموش کردن و تمپر کردن در 550 درجه، چقرمگی ضربه یک بخش چاپ شده از یک شفت انتقال خودرو از 15J/cm² به 35J/cm² افزایش یافت.
بهینه سازی عملکرد خستگی: عملیات حرارتی می تواند مشکلات داخل مواد را برطرف کرده و گسترش ترک های خستگی را کاهش دهد. پس از عملیات حرارتی، عمر خستگی قطعات چاپ شده GH4169 در 650 درجه 20 درصد بیشتر از قطعات فورج شده است.
3. ثبات ابعادی: از خم شدن تا اطمینان دقیق
قطعات پرینت سه بعدی فلزی ممکن است پس از چاپ به دلیل آزاد شدن تنش پسماند یا تغییر در ریزساختار تغییر اندازه دهند. این ممکن است کنار هم قرار دادن صحیح آنها را دشوارتر کند. عملیات حرارتی می تواند با پایدارتر کردن ریزساختار و رهایی از تنش، پایداری ابعادی را تا حد زیادی بهبود بخشد.
تغییر شکل کمتر: بازپخت می تواند تفاوت در ضریب انبساط حرارتی بین قطعات را کمتر کند و تغییر شکل ماشینکاری را کمتر کند. به عنوان مثال، انحراف قطر یک بخش چاپ شده از یک مبدل حرارتی کانال جریان پیچیده از 0.15 ± میلی متر به 0.05 ± میلی متر پس از بازپخت افزایش یافت.
پایداری درازمدت-: درمان پیری می‌تواند از شر محلول‌های جامد فوق اشباع در مواد خلاص شود و اندازه آنها در طول زمان تغییر زیادی نکند. به عنوان مثال، پس از سن 170 درجه به مدت 8 ساعت، نرخ تغییر اندازه قطعات آلیاژ آلومینیوم چاپ شده از 0.3٪ در سال به 0.05٪ در سال کاهش یافت.
انطباق سازه‌های پیچیده: عملیات حرارتی می‌تواند به جلوگیری از انباشت استرس در حین پردازش برای سازه‌های پیچیده مانند دیواره‌های نازک-و متخلخل کمک کند. پس از بازپخت دو برابری (700 درجه × 2 ساعت + 500 درجه × 4 ساعت)، حد خستگی ایمپلنت‌های ارتوپدی آلیاژ تیتانیوم از 450 مگاپاسکال به 600 مگاپاسکال افزایش یافت که برای تحمل وزن بدن در طول زمان کافی است.
4. الزامات عملکرد ویژه: پیشرفت جهانی تا سفارشی: عملیات حرارتی همچنین می تواند اشیاء پرینت سه بعدی فلزی را با کیفیت های منحصر به فردی ارائه دهد که آنها را در موقعیت های بیشتری مفید می کند.
بهبود مقاومت در برابر خوردگی: درمان با محلول جامد می تواند فاز دوم را در ماده حل کند که باعث می شود احتمال خوردگی آن از طریق وسایل الکتروشیمیایی کمتر شود. به عنوان مثال، پس از درمان با یک محلول در 1050 درجه، پتانسیل حفره شدن قطعات چاپ شده از فولاد ضد زنگ 316 لیتر از 320 میلی ولت به 450 میلی ولت افزایش یافت که برای استفاده در شرایط دریایی خوب است.
کنترل خواص مغناطیسی: عملیات حرارتی می تواند جهت گیری دانه و تنش پسماند مواد مغناطیسی نرم را تغییر دهد تا ویژگی های مغناطیسی آنها بهتر شود. به عنوان مثال، پس از گرم شدن تا 750 درجه، نفوذپذیری مغناطیسی یک بخش معین از شیر برقی 20٪ افزایش می یابد و مقدار انرژی مصرف شده تا 15٪ کاهش می یابد.
بهبود زیست سازگاری: ایمپلنت های پزشکی برای خلاص شدن از آلودگی های سطحی و ایجاد یک فیلم غیرفعال باید حرارت داده شوند. به عنوان مثال، زبری سطح Ra ایمپلنت های ارتوپدی آلیاژ تیتانیوم از 3.2 میکرومتر به 0.8 میکرومتر به دنبال اسیدشویی و بازپخت در دمای 500 درجه افزایش یافت و میزان چسبندگی سلول ها به ایمپلنت ها تا 40 درصد افزایش یافت.
5. مطالعه موردی: عملیات حرارتی می تواند ویژگی های آلیاژ CuCrZr را به گونه ای که انتظار نمی رود بسیار بهتر کند.
از آنجایی که آلیاژ CuCrZr دارای خاصیت رسانایی و مکانیکی عالی است، اغلب در قسمت‌هایی از موتورهای هواپیما استفاده می‌شود. با این حال، ساختن ساختارهای پیچیده با استفاده از روش‌های پردازش معمولی سخت و پرهزینه است. آلیاژ CuCrZr ساخته شده با تکنیک SLM بسیار قوی است (قدرت تسلیم 411 مگاپاسکال) اما در رسانایی الکتریسیته خیلی خوب نیست (31٪ IACS). پس از یک ساعت حرارت دادن به 500 درجه، استحکام کششی آن به 585 مگاپاسکال و رسانایی آن به 64 درصد IACS رسید. این مشابه نحوه عملکرد آلیاژهای معمولی تیمار شده است. این سناریو نشان می‌دهد که عملیات حرارتی گام مهمی در استفاده حداکثری از مواد پرینت سه بعدی فلزی است.