پرینت سه بعدی فلزی با ایجاد امکان ساخت قطعات پیچیده و سفارشی با دقت بالا، صنعت تولید را متحول کرده است. با این حال، قطعات فلزی چاپ شده اغلب دارای خواص مکانیکی کمتر از حد بهینه به دلیل خنک شدن و انجماد سریع در طول فرآیند چاپ سه بعدی هستند. عملیات حرارتی یک مرحله مهم پس از پردازش است که می تواند عملکرد این قطعات را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. من به عنوان یک تامین کننده پرینت سه بعدی فلزی، در فرآیندهای عملیات حرارتی برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی به خوبی آشنا هستم و می خواهم بینش هایی را به اشتراک بگذارم.
درک نیاز به عملیات حرارتی در چاپ سه بعدی فلزی
در پرینت سه بعدی فلزی، قطعات لایه به لایه ساخته می شوند و سرعت خنک شدن سریع می تواند به چندین مشکل منجر شود. ابتدا تنش های پسماند در داخل قطعه ایجاد می شود. این تنشها میتوانند باعث ایجاد اعوجاج در حین ماشینکاری بعدی یا حتی در سرویس شوند که منجر به خرابی زودرس میشود. ثانیاً، ریزساختار فلز چاپ شده ممکن است غیر یکنواخت باشد، در برخی نواحی دارای دانه های بزرگ و در برخی دیگر دانه های ریز باشد. این عدم یکنواختی می تواند منجر به خواص مکانیکی ناسازگار در سراسر قطعه شود. عملیات حرارتی به کاهش این تنشهای پسماند و اصلاح ریزساختار کمک میکند و در نتیجه عملکرد مکانیکی کلی قطعه را بهبود میبخشد.
فرآیندهای حرارتی رایج برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی
آنیل کردن
آنیلینگ یکی از پرکاربردترین فرآیندهای عملیات حرارتی برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی است. این شامل گرم کردن قطعه تا یک دمای خاص، نگه داشتن آن در آن دما برای مدت معینی (زمان خیساندن)، و سپس خنک کردن آهسته آن است. هدف از بازپخت کاهش تنش های پسماند، نرم شدن مواد و بهبود شکل پذیری آن است.
انواع مختلفی از آنیل وجود دارد، مانند بازپخت کامل، بازپخت فرآیندی و آنیل تسکین دهنده استرس. آنیل کامل معمولاً برای فلزات آهنی استفاده می شود. قسمت بالاتر از دمای بحرانی گرم می شود، برای مدت زمان کافی نگه داشته می شود تا امکان تبلور مجدد کامل فراهم شود و سپس به آرامی در کوره خنک می شود. این منجر به ساختار دانه ای درشت و یکنواخت و ماشینکاری بهبود یافته می شود.
بازپخت فرآیندی برای کاهش سختی فلزی که در طول فرآیند چاپ سه بعدی سخت شده است، استفاده می شود. معمولاً در دمای پایین تر از آنیل کامل انجام می شود. از سوی دیگر، بازپخت تنشزدایی عمدتاً بر کاهش تنشهای پسماند در قطعه متمرکز است. این قطعه تا دمایی کمتر از دمای بحرانی گرم می شود، برای مدتی نگه داشته می شود تا تنش ها آرام شوند و سپس به آرامی خنک می شوند.
عادی سازی
عادی سازی شبیه به بازپخت است، اما سرعت خنک شدن سریعتر است. قسمت بالاتر از دمای بحرانی گرم می شود و سپس در هوا سرد می شود. این منجر به ساختار دانه ریزتر در مقایسه با بازپخت می شود که منجر به بهبود استحکام و سختی می شود. نرمال سازی اغلب برای قطعات پرینت سه بعدی فولادی استفاده می شود تا خواص مکانیکی آنها را بهبود بخشد، به خصوص زمانی که تعادل بین استحکام و شکل پذیری لازم باشد.
خاموش کردن و معتدل کردن
کوئنچ و تمپرینگ فرآیندهای عملیات حرارتی دو مرحله ای هستند که معمولاً برای قطعات فلزی با استحکام بالا استفاده می شوند. در مرحله کوئنچ، قطعه تا دمای بالا (بالاتر از دمای بحرانی) گرم می شود و سپس با غوطه ور کردن آن در یک محیط کوئنچ مانند آب، روغن یا محلول پلیمری، به سرعت سرد می شود. این سرد شدن سریع منجر به یک ریزساختار سخت و شکننده می شود که عمدتاً در مورد فولاد مارتنزیت است.
با این حال، سختی و شکنندگی بالای قطعه کوئنچ شده آن را برای اکثر کاربردها نامناسب می کند. بنابراین، تمپر کردن پس از خاموش کردن انجام می شود. تمپر شامل گرم کردن قسمت خاموش شده تا دمایی کمتر از دمای بحرانی و نگه داشتن آن برای یک زمان خاص است. این فرآیند شکنندگی قطعه را کاهش می دهد و چقرمگی آن را بهبود می بخشد و در عین حال استحکام نسبتاً بالایی را حفظ می کند.
حرارت - ملاحظات درمان برای فلزات مختلف
فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی خوب، یک ماده محبوب در چاپ سه بعدی فلز است. برای قطعات پرینت سه بعدی فولاد ضد زنگ، اغلب از آنیل محلول استفاده می شود. این قطعه تا دمای بالا (حدود 1050 تا 1150 درجه سانتیگراد برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی) گرم می شود تا کاربیدها حل شود و سپس به سرعت سرد می شود تا ساختار آستنیتی تک فازی را حفظ کند. این امر مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری قطعه را بهبود می بخشد.
تیتانیوم
تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و زیست سازگاری به طور گسترده در کاربردهای هوافضا و پزشکی استفاده می شود. عملیات حرارتی قطعات پرینت سه بعدی تیتانیوم معمولاً شامل بازپخت برای کاهش تنشهای پسماند و بهبود شکلپذیری میشود. دمای بازپخت برای آلیاژهای تیتانیوم معمولاً در محدوده 600 - 800 درجه سانتیگراد است و سرعت خنک شدن نسبتاً آهسته است.
آلومینیوم
قطعات پرینت سه بعدی آلومینیومی نیز می توانند از عملیات حرارتی بهره مند شوند. عملیات حرارتی محلول و به دنبال آن پیری فرآیندی رایج برای آلیاژهای آلومینیوم است. در عملیات حرارتی محلول، قطعه تا دمای بالا گرم می شود تا عناصر آلیاژی در زمینه آلومینیوم حل شود. سپس، آن را خاموش می کنند تا محلول جامد فوق اشباع باقی بماند. پیری در دمای پایین تری برای رسوب دادن عناصر آلیاژی انجام می شود که استحکام قطعه را بهبود می بخشد. به عنوان مثال،چاپ سه بعدی هیت سینک آلومینیومی برای نور LEDرا می توان برای افزایش خواص مکانیکی و عملکرد اتلاف حرارتی آن، عملیات حرارتی کرد.
حرارت - بهینه سازی فرآیند درمان
بهینه سازی فرآیند عملیات حرارتی برای قطعات پرینت سه بعدی فلزی برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر بسیار مهم است. در طول فرآیند بهینه سازی باید چندین فاکتور در نظر گرفته شود.
دما و زمان
دمای حرارت و زمان خیساندن پارامترهای حیاتی در عملیات حرارتی هستند. دما باید بر اساس نوع فلز و ریزساختار و خواص مورد نظر به دقت انتخاب شود. دمای بیش از حد بالا می تواند منجر به رشد بیش از حد دانه شود که ممکن است استحکام و چقرمگی قطعه را کاهش دهد. از سوی دیگر، دمای بسیار پایین ممکن است برای دستیابی به تغییرات مطلوب در ریزساختار کافی نباشد.
زمان خیساندن نیز مهم است. باید به اندازه کافی طولانی باشد تا تغییرات فاز لازم و کاهش استرس رخ دهد. با این حال، زمان خیساندن بیش از حد طولانی می تواند منجر به رشد بیش از حد دانه و اتلاف انرژی شود.
نرخ خنک کننده
سرعت خنک کننده تأثیر قابل توجهی بر ریزساختار و خواص مکانیکی قسمت عملیات حرارتی دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، نرخ های خنک کننده متفاوتی در بازپخت، نرمال سازی، کوئنچ و ... استفاده می شود که انتخاب سرعت خنک سازی به نوع فلز و خواص مورد نظر بستگی دارد. به عنوان مثال، سرعت سرد شدن آهسته در بازپخت برای به دست آوردن ساختار درشت دانه استفاده می شود، در حالی که سرعت سرد شدن سریع در کوئنچ برای تشکیل یک ساختار مارتنزیتی سخت استفاده می شود.
کاربردهای قطعات پرینت سه بعدی فلزی عملیات حرارتی شده
قطعات پرینت سه بعدی فلزی عملیات حرارتی شده طیف وسیعی از کاربردها را دارند. در صنعت هوافضا،براکت موتور جت پرینت سه بعدی SLMبرای بهبود استحکام، مقاومت در برابر خستگی و عملکرد در دمای بالا، میتوان آنها را تحت عملیات حرارتی قرار داد. ویژگی های سبک وزن و با استحکام بالا قطعات پرینت سه بعدی عملیات حرارتی آنها را برای کاهش وزن اجزای هواپیما ایده آل می کند که به نوبه خود باعث بهبود کارایی سوخت می شود.
در صنعت خودرو، قطعات پرینت سه بعدی فلزی عملیات حرارتی شده را می توان برای اجزای موتور، قطعات تعلیق و اجزای انتقال استفاده کرد. بهبود خواص مکانیکی این قطعات می تواند عملکرد و قابلیت اطمینان خودرو را افزایش دهد.
در صنعت لوازم الکترونیکی مصرفی،براکت پرینت سه بعدی سبک وزنو سینک های حرارتی را می توان برای بهبود استحکام و هدایت حرارتی آنها تحت درمان حرارتی قرار داد. این به اطمینان از پایداری و طول عمر دستگاه های الکترونیکی کمک می کند.
نتیجه گیری
عملیات حرارتی یک مرحله ضروری در پس پردازش قطعات فلزی پرینت سه بعدی است. این می تواند به طور قابل توجهی خواص مکانیکی را بهبود بخشد، تنش های پسماند را کاهش دهد و ریزساختار قطعات را اصلاح کند. ما به عنوان یک تامین کننده پرینت سه بعدی فلزی، تجربه گسترده ای در بهینه سازی فرآیندهای عملیات حرارتی برای فلزات و کاربردهای مختلف داریم. اگر به قطعات پرینت سه بعدی فلزی با کیفیت بالا با خواص مکانیکی عالی علاقه مند هستید، ما اینجا هستیم تا بهترین راه حل ها را به شما ارائه دهیم. برای اطلاعات بیشتر و بحث در مورد نیازهای خاص خود با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما در پروژه بعدی شما هستیم.
مراجع
- کتابچه راهنمای ASM جلد 4: عملیات حرارتی. ASM International.
- Metals Handbook Desk Edition، ویرایش سوم. ASM International.
- اصول و تکنیک های عملیات حرارتی اثر دیوید آ. وودفورد.