Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της επεξεργασίας HIP στην μετα{0}}επεξεργασία της τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων;

1. Απαλλαγή από εσωτερικά ελαττώματα: μετάβαση από το "πορώδες" στο "μηδενικά ελαττώματα"
Η στερεοποίηση χωρίς-ισορροπία που παράγεται από γρήγορη ψύξη μπορεί να δημιουργήσει μικροσκοπικές τρύπες κατά τη διάρκεια της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης. Από την άλλη πλευρά, η αποσύνθεση των δομών στήριξης ή η μη πλήρης τήξη της σκόνης μπορεί να προκαλέσει μακροσκοπική συρρίκνωση. Αυτά τα ελαττώματα μπορεί να προκαλέσουν την έναρξη ρωγμών, γεγονός που μειώνει σημαντικά τη διάρκεια κόπωσης των εξαρτημάτων. Η τεχνολογία HIP διορθώνει τα ελαττώματα χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες μεθόδους:
Κλείσιμο πόρων και συνδυασμός μετάλλων
Όταν τα μεταλλικά υλικά θερμαίνονται σε υψηλή θερμοκρασία (συνήθως 0,5 έως 0,8 φορές το σημείο τήξης του υλικού) και τίθενται υπό μεγάλη πίεση (100 έως 200 MPa), γίνονται πολύ εύκαμπτα. Η πίεση του αερίου αναγκάζει το μέταλλο γύρω από τους πόρους να αλλάξει σχήμα, να έρθει σε επαφή μεταξύ τους και να σχηματίσει μεταλλουργικούς δεσμούς. Αυτό κάνει τον όγκο των πόρων να μειώνεται μέχρι να φύγει. Για παράδειγμα, μετά την επεξεργασία HIP, το πορώδες του κράματος υψηλής θερμοκρασίας IN718 που κατασκευάστηκε με την τεχνική SLM αυξήθηκε από 0,8% σε 0,02%, γεγονός που το έκανε 99,99% πυκνό, κάτι που χρειάζεται η αεροδιαστημική βιομηχανία για να διασφαλίσει ότι τα υλικά είναι αξιόπιστα.
Επούλωση μικρορωγμών
Η θερμική καταπόνηση στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων μπορεί να προκαλέσει μικρορωγμές. Η δράση ανόπτησης υψηλής-θερμοκρασίας της επεξεργασίας HIP απαλλάσσει από την υπολειμματική πίεση και το περιβάλλον υψηλής-πίεσης κάνει το άκρο του κατάγματος να κάμπτεται πλαστικά, γεγονός που κλείνει τη ρωγμή και δημιουργεί μια σταθερή δομή ορίου κόκκων. Πειραματικά δεδομένα υποδεικνύουν ότι η επεξεργασία με HIP μπορεί να μειώσει την πυκνότητα ρωγμών του ανοξείδωτου χάλυβα 316L κατά 90% και να ενισχύσει την αντοχή στη θραύση κατά 30%.
Καθαρίζοντας τους κόκκους και κάνοντας τη μικροδομή πιο ομοιόμορφη
Η διαδικασία υψηλής-θερμοκρασίας του HIP είναι η ίδια με τη θεραπεία ανόπτησης, η οποία μπορεί να απαλλαγεί από την υπόψυξη δομή ή τη μετασταθερή φάση που σχηματίζεται όταν το SLM ψύχεται γρήγορα. Μετά την επεξεργασία HIP, για παράδειγμα, οι χονδροειδείς στηλώδεις κρύσταλλοι του κράματος Ti6Al4V αλλάζουν σε λεπτούς ισοαξονικούς κρυστάλλους και το μέγεθος των κόκκων κυμαίνεται από 50 μm σε 10 μm. Αυτό κάνει το υλικό πολύ πιο εύκαμπτο και ανθεκτικό στην κόπωση.
2. Καλύτερη μηχανική απόδοση: εύρεση της σωστής ισορροπίας μεταξύ δύναμης και σκληρότητας
Η επεξεργασία HIP έχει δύο επιπτώσεις στα μηχανικά χαρακτηριστικά των μεταλλικών 3D εκτυπωμένων εξαρτημάτων:
Η δύναμη και η πλαστικότητα πάνε καλύτερα μαζί.
Η αντοχή του υλικού μπορεί να μειωθεί λίγο (συνήθως από 5% έως 15%) μετά τη θεραπεία με HIP, αλλά οι δείκτες πλαστικότητάς του, όπως η επιμήκυνση, ανεβαίνουν πολύ. Για παράδειγμα, μετά την επεξεργασία HIP, η αντοχή σε εφελκυσμό του κράματος αλουμινίου AlSi10Mg που παράγεται με την τεχνική SLM μειώθηκε από 420 MPa σε 380 MPa, αλλά η επιμήκυνση αυξήθηκε από 8% σε 15%, κάτι που είναι καλό για ελαφριά δομικά μέρη σε αυτοκίνητα.
Σημαντική βελτίωση στην απόδοση αντοχής στην κόπωση
Ο κύριος λόγος για την ανάπτυξη ρωγμών κόπωσης είναι τα εσωτερικά ελαττώματα. Απαλλάσσοντας τους πόρους και τις μικρορωγμές, η θεραπεία HIP αυξάνει σημαντικά τη διάρκεια κόπωσης των εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, η διάρκεια ζωής κόπωσης σε υψηλή-θερμοκρασία του κράματος IN718 που έχει υποστεί επεξεργασία με HIP στους 650 βαθμούς και 690 MPa έχει αυξηθεί από 50 ώρες χωρίς επεξεργασία σε 173 ώρες. Αυτό πληροί τις απαιτήσεις ζωής των κινητήρων αεροσκαφών της GE για βασικά μέρη.
Ανισότροπη αφαίρεση
Οι ιδιότητες συγκόλλησης ενδιάμεσων στρωμάτων της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης θα μπορούσαν να προκαλέσουν διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Το υλικό λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο προς όλες τις κατευθύνσεις όταν υποβάλλεται σε επεξεργασία με HIP, το οποίο χρησιμοποιεί ομοιόμορφη πίεση 360 μοιρών. Για παράδειγμα, η διαφορά στους συντελεστές ακτινικής και αξονικής τριβής μεταξύ κεραμικών σφαιρών νιτριδίου πυριτίου που έχουν υποστεί επεξεργασία με HIP είναι μικρότερη από 5%, που είναι πολύ καλύτερο από τις τυπικές μεθόδους πυροσυσσωμάτωσης.
3. Διεύρυνση του πεδίου εφαρμογής: Μετάβαση από "Διαθέσιμο" σε "Αξιόπιστο"
Η επεξεργασία HIP βοηθά στην τεχνική πλευρά της χρήσης τεχνολογίας μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης σε ευρεία κλίμακα σε τομείς όπου έχει μεγάλη ζήτηση.
Αεροδιαστημικός τομέας
Τα πτερύγια των στροβίλων, οι θάλαμοι καύσης και άλλα μέρη ενός κινητήρα αεροσκάφους πρέπει να μπορούν να λειτουργούν σε καταστάσεις με υψηλές θερμοκρασίες, υψηλές πιέσεις και υψηλή καταπόνηση. Η θεραπεία HIP μπορεί να απαλλαγεί από ρωγμές θερμικής καταπόνησης που συμβαίνουν όταν η διαδικασία SLM κρυώνει πολύ γρήγορα και μπορεί επίσης να κάνει τα υλικά καλύτερα σε ερπυσμούς σε υψηλές{1} θερμοκρασίες. Η Rolls Royce, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί δίσκους στροβίλων από κράμα κράματος υψηλής θερμοκρασίας με βάση το HIP-με βάση το νικέλιο-υψηλής-θερμοκρασίας που αυξάνουν τη θερμοκρασία λειτουργίας από 1200 σε 1400 βαθμούς Κελσίου και την αναλογία ώθησης-σε-0% κατά 2%.
Τομέας ιατρικών εμφυτευμάτων
Τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα πρέπει να είναι ισχυρά και ασφαλή για το σώμα. Η θεραπεία με HIP μπορεί να απαλλαγεί από τον διαχωρισμό φάσης άλφα στο κράμα Ti6Al4V, να μειώσει την πιθανότητα διαρροής ιόντων μετάλλων και να κάνει το υλικό να διαρκέσει περισσότερο υπό πίεση. Τα κλινικά στοιχεία δείχνουν ότι το ποσοστό αποτυχίας των εμφυτευμάτων ισχίου που υποβλήθηκαν σε HIP έχει μειωθεί από 3% σε 0,5% μετά από μια δεκαετία.
Οι βιομηχανίες ενέργειας και ναυτιλίας
Μέρη όπως δοχεία πίεσης πυρηνικών αντιδραστήρων και περιβλήματα αισθητήρων βαθιάς-θαλάσσης πρέπει να μπορούν να χειρίζονται πολύ σκληρές συνθήκες. Το κεραμικό ζιρκονίας με επεξεργασία HIP-μπορεί να διαχειριστεί υψηλή πίεση 110 MPa στη βαθιά θάλασσα και το στοιχείο καυσίμου με επίστρωση καρβιδίου του πυριτίου-μπορεί να παραμείνει σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες 1200 μοιρών. Αυτά τα υλικά είναι πολύ σημαντικά για την τέταρτη γενιά τεχνολογίας πυρηνικής ενέργειας.