مزایای پردازش HIP در پس{0}پردازش پرینت سه بعدی فلز چیست؟

1. خلاص شدن از عیب های داخلی: رفتن از "تخلخل" به "صفر نقص"
انجماد غیرتعادلی ناشی از خنک‌سازی سریع می‌تواند حفره‌های کوچکی را در حین چاپ سه بعدی فلز ایجاد کند. از سوی دیگر، جدا کردن ساختارهای نگهدارنده یا ذوب نشدن کامل پودر ممکن است باعث انقباض ماکروسکوپی شود. این عیوب ممکن است باعث ایجاد ترک شود که عمر خستگی قطعات را تا حد زیادی کاهش می دهد. فناوری HIP با استفاده از روش های زیر عیوب را برطرف می کند:
بستن منافذ و ترکیب فلزات
هنگامی که مواد فلزی تا دمای بالا (معمولاً 0.5 تا 0.8 برابر نقطه ذوب ماده) گرم می شوند و تحت فشار زیادی (100 تا 200 مگاپاسکال) قرار می گیرند، بسیار انعطاف پذیر می شوند. فشار گاز باعث تغییر شکل فلز اطراف منافذ و ایجاد تماس با یکدیگر و تشکیل پیوندهای متالورژیکی می شود. این باعث می شود حجم منافذ کاهش یابد تا زمانی که از بین برود. به عنوان مثال، پس از عملیات HIP، تخلخل آلیاژ IN718 با دمای بالا- ساخته شده با استفاده از تکنیک SLM از 0.8٪ به 0.02٪ رسید که باعث شد 99.99٪ چگالی داشته باشد، این همان چیزی است که صنعت هوافضا برای اطمینان از قابل اعتماد بودن مواد به آن نیاز دارد.
بهبود ریزترک ها
استرس حرارتی در پرینت سه بعدی فلزی می تواند باعث ایجاد ریزترک شود. عمل بازپخت در دمای بالا درمان HIP از تنش باقیمانده خلاص می‌شود، و محیط فشار بالا باعث می‌شود نوک شکستگی به صورت پلاستیکی خم شود، که ترک را می‌بندد و ساختار مرزی دانه‌ای پایدار ایجاد می‌کند. داده های تجربی نشان می دهد که درمان HIP می تواند تراکم ترک فولاد ضد زنگ 316L را تا 90٪ کاهش دهد و چقرمگی شکست را تا 30٪ افزایش دهد.
پالایش دانه ها و یکنواخت تر کردن ریزساختار
فرآیند HIP در دمای بالا مانند عملیات بازپخت است، که می‌تواند از شر ساختار سرد یا فاز ناپایدار که هنگام سرد شدن سریع SLM تشکیل می‌شود خلاص شود. به عنوان مثال، پس از درمان HIP، کریستال های ستونی درشت آلیاژ Ti6Al4V به کریستال های هم محور ریز تبدیل می شوند و اندازه دانه از 50 میکرومتر به 10 میکرومتر می رسد. این باعث می شود مواد بسیار انعطاف پذیرتر و در برابر خستگی مقاوم شوند.
2. بهبود عملکرد مکانیکی: یافتن تعادل مناسب بین قدرت و چقرمگی
پردازش HIP دو تأثیر بر ویژگی های مکانیکی قطعات پرینت سه بعدی فلزی دارد:
استحکام و انعطاف پذیری با هم بهتر می شوند.
استحکام ماده ممکن است پس از درمان HIP کمی کاهش یابد (معمولاً بین 5٪ تا 15٪)، اما شاخص های انعطاف پذیری آن، مانند کشیدگی، بسیار بالا می رود. به عنوان مثال، پس از درمان HIP، استحکام کششی آلیاژ آلومینیوم AlSi10Mg تولید شده با تکنیک SLM از 420MPa به 380MPa کاهش یافت، اما ازدیاد طول از 8% به 15% افزایش یافت که برای قطعات ساختاری سبک وزن در خودروها خوب است.
بهبود قابل توجهی در عملکرد مقاومت در برابر خستگی
دلیل اصلی رشد ترک خستگی نقص های داخلی است. درمان HIP با خلاص شدن از شر منافذ و ریزترک ها، عمر خستگی قطعات را تا حد زیادی افزایش می دهد. به عنوان مثال، عمر خستگی در دمای بالا آلیاژ IN718 با HIP در 650 درجه و 690 مگاپاسکال از 50 ساعت بدون درمان به 173 ساعت رسیده است. این الزامات عمر موتورهای هواپیما جنرال الکتریک برای قطعات ضروری را برآورده می کند.
حذف ناهمسانگرد
کیفیت اتصال بین لایه های چاپ سه بعدی فلزی می تواند باعث شود که خواص مکانیکی در جهات مختلف متفاوت باشد. وقتی با HIP که 360 درجه فشار یکنواخت را به کار می‌برد، این ماده در همه جهات یکسان عمل می‌کند. به عنوان مثال، تفاوت در ضرایب اصطکاک شعاعی و محوری بین توپ‌های سرامیکی نیترید سیلیکونی که با HIP تیمار شده‌اند کمتر از 5 درصد است که به مراتب بهتر از روش‌های پخت استاندارد است.
3. گسترش دامنه برنامه ها: رفتن از "در دسترس" به "قابل اعتماد"
پردازش HIP به جنبه فنی استفاده از فناوری چاپ سه بعدی فلزی در مقیاس وسیع در زمینه هایی که تقاضای زیادی دارد کمک می کند.
بخش هوافضا
پره‌های توربین، محفظه‌های احتراق و سایر قسمت‌های موتور هواپیما باید در شرایطی با دمای بالا، فشار بالا و استرس بالا کار کنند. درمان HIP می‌تواند ترک‌های استرس حرارتی را که زمانی که فرآیند SLM خیلی سریع سرد می‌شود، از بین ببرد، و همچنین می‌تواند مواد را در هنگام خزش{1}در دمای بالا بهتر کند. برای مثال، رولز رویس از دیسک‌های توربین آلیاژی آلیاژی با درجه حرارت بالا-بر پایه نیکل HIP استفاده می‌کند که دمای کار را از 1200 به 1400 درجه سانتی‌گراد و نسبت رانش را به وزن 2% افزایش می‌دهد.
رشته ایمپلنت های پزشکی
ایمپلنت های ارتوپدی باید قوی و ایمن برای بدن باشند. درمان HIP می تواند از جداسازی فاز آلفا در آلیاژ Ti6Al4V خلاص شود، احتمال نشت یون های فلزی را کاهش دهد و باعث شود که مواد در شرایط استرس دوام بیشتری داشته باشند. شواهد بالینی نشان می‌دهد که میزان شکست ایمپلنت‌های هیپ تحت فشار HIP از 3% به 0.5% پس از یک دهه کاهش یافته است.
صنایع انرژی و کشتیرانی
قطعاتی مانند مخازن تحت فشار راکتور هسته‌ای و محفظه‌های حسگر{0} اعماق دریا باید بتوانند شرایط بسیار سخت را تحمل کنند. سرامیک زیرکونیایی با HIP می‌تواند فشار بالای 110 مگاپاسکال را در اعماق دریا تحمل کند و عنصر سوخت پوشش‌دار کاربید سیلیکون{4}}می‌تواند در دمای بالای 1200 درجه پایدار بماند. این مواد برای نسل چهارم فناوری انرژی هسته ای بسیار مهم هستند.