هل تتطلب مواد الطباعة المعدنية تخزين الفراغ؟

一 ، خصائص المواد: يجب أن تتعامل المادة مع كل من الأكسدة وامتصاص الرطوبة.
هناك شيئان رئيسيان تحتاج بيئة التخزين لمواد الطباعة المعدنية إلى القيام به: منع عمليات الأكسدة من الحدوث وتنظيم كمية الرطوبة في الهواء. يؤثر هذين الأمرين بشكل مباشر على مدى استقرار المادة والتكيف كيميائيًا.
1. الآثار الضارة لتفاعلات الأكسدة
عندما يتلامس مسحوق المعادن مع الهواء ، تتشكل طبقة أكسيد على السطح بسرعة كبيرة. على سبيل المثال ، يجمع مسحوق سبيكة التيتانيوم مع الأكسجين في درجة الحرارة العادية لجعل Tio ₂. في درجات حرارة عالية ، كما هو موضح أعلاه 650 درجة في عملية ذوبان شعاع الإلكترون ، يرتفع معدل الأكسدة كثيرًا. هناك ثلاث صعوبات رئيسية يمكن أن تحدث عندما تكون هناك طبقة أكسيد:
أقل سيولة: إن تجميع الجزيئات المؤكسدة يجعل توزيع حجم الجسيمات للمسحوق أوسع ، مما يجعل من الصعب تشتيت المسحوق بالتساوي. قامت شركة الطباعة ثلاثية الأبعاد بتجربة أظهرت أنه بعد 72 ساعة من التعرض للهواء ، انتقل تباين سمك طبقة مسحوق سبيكة التيتانيوم من ± 10 m إلى ± 35 م. هذا جعل سطح الكائنات المطبوعة أكثر قسوة.
المزيد من عيوب الذوبان: تنهار طبقة الأكسيد عندما يتم ضربها بواسطة شعاع ليزر أو إلكترون ، والذي يولد عيوب الغاز والمسام. عند طباعة شفرات محرك الطيران ، يكون مسحوق أكسيد التيتانيوم أكثر مسامية 2.3 مرة من المسحوق المحفوظة في فراغ ، ويتم قطع عمر التعب بنسبة 60 ٪.
تدهور أداء المواد: تؤثر طبقة الأكسيد على الطريقة التي يتم بها ترتيب بلورات المعادن ، مما يجعل المعدن أقل قوة. انخفضت قوة الشد من مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من 680 ميجا بايت إلى 520 ميجا باسكال بعد الأكسدة ، في حين انخفض معدل الاستطالة من 45 ٪ إلى 28 ٪.
2. إمكانية امتصاص الرطوبة في السلاسل
المساحيق المعدنية جيدة جدًا في امتصاص الرطوبة من الهواء لأن لديها بنية مسامية. على سبيل المثال ، يمكن الاحتفاظ بألواح الألومنيوم - في مكان مع 60 ٪ من الرطوبة النسبية لمدة 24 ساعة ، ويمكن أن يصل محتوى الرطوبة إلى 0.15 ٪ ، وهو أعلى بكثير من معيار سلامة العملية البالغ 0.05 ٪. ثلاثة مخاطر مهمة تأتي من امتصاص الرطوبة:
إمكانية الاحتراق التلقائي: عندما يفرك المسحوق الرطب على شيء ما أو يتعرض لشحنة ثابتة ، يمكن أن يطلق النار من تلقاء نفسه. في عام 2023 ، كان هناك انفجار من مسحوق سبيكة التيتانيوم في شركة طباعة ثلاثية الأبعاد في ألمانيا. وجد التحقيق أن مسحوق الحادث كان لديه نسبة رطوبة قدرها 0.22 ٪ ، وهو أعلى بكثير مما هو آمن.
ليست عملية مستقرة: ليزر يجعل الماء يتبخر على الفور ، مما يجعل حمام السباحة المنصهر. تُظهر سجلات مورد أجزاء السيارات معينة أنه عندما تم استخدام مسحوق الامتصاص الرطوبة - للطباعة ، ارتفع عدد عيوب الرش من 0.3 ٪ إلى 2.7 ٪ ، وارتفع معدل الخردة بنسبة 8 مرات.
ظاهرة احتضان الهيدروجين: عندما ينهار الماء ، فإنها تطلق ذرات الهيدروجين التي تدخل في الشبكة المعدنية وجعلها أقل قوة. عند طباعة السحابات الطيران ، انخفضت أجزاء مسحوق الامتصاص من الكسر من الرطوبة - من 45 ميجابتا في البكالوريوس · م ¹/² إلى 28mpa · m ¹/² ، وهو ليس قويًا بما يكفي لاجتياز اختبارات ملوث الهواء.
2 ، مخاطر العملية: التحكم الكامل في السلسلة من التخزين إلى الطباعة
الطريقة التي يتم بها تخزين لوازم الطباعة المعدنية لها تأثير مباشر على مدى أمان واستقرار الخطوات التالية. من خلال إنشاء مساحة محصورة ، تتحكم تقنية تخزين هوفر في ثلاثة مخاطر رئيسية:
1. التحكم في السلامة الذي لن يسمح بالانفجار يحدث
مسحوق المعادن هو نوع من الغبار القابل للاشتعال ، ويرتبط الحد الأدنى المتفجر (LEL) ارتباطًا وثيقًا بحجم الجسيمات وكمية الأكسجين في الهواء. على سبيل المثال ، يحتوي مسحوق سبيكة التيتانيوم على LEL أقل من 20 جرام/متر مكعب فقط من مسحوق الألومنيوم ، والذي يبلغ ارتفاعه 60 جم/متر مكعب. الطرق التالية التي يقلل تخزين Hoover من خطر الانفجار:
املأ فراغًا بالنيتروجين أو غاز الأرجون للحفاظ على مستوى الأكسجين أقل من 0.5 ٪. وهذا ما يسمى حماية الغاز الخاملة. قامت شركة عسكرية بتجربة أظهرت أنه عندما انخفض مستوى الأكسجين من 21 ٪ إلى 0.5 ٪ ، انخفض ضغط انفجار مسحوق سبيكة التيتانيوم من 0.8 ميجا باسكال إلى 0.02 ميجا باسكال ، وارتفع عامل الأمان بنسبة 40 مرة.
تصميم القضاء الثابت: يتم تغطية الجزء الداخلي من صندوق تخزين الفراغ في مادة ثابتة- التي لديها مقاومة أقل من 10 سم. هذا يمنع الشرر الثابت من الحدوث عندما يفرك المسحوق على الجدران.
التحكم في درجة الحرارة: يبطئ الغلاف الجوي الفراغي الحمل الحراري ، وعندما يقترن بنظام تبريد أشباه الموصلات ، فإنه يحافظ على درجة حرارة التخزين بين 15 و 25 درجة مئوية. هذا يوقف درجات الحرارة العالية من تسريع تفاعلات الأكسدة.
2. استقرار معلمات العملية
الطباعة المعدنية حساسة تمامًا لمدى نجاح مسحوق المسحوق ، ويمكن تخزين الفراغ للحفاظ على المؤشرات المهمة التالية:
توزيع حجم الجسيمات: يحافظ الغلاف الجوي على حجم الجسيمات D50 ويوقف المسحوق من التجميع معًا. تقول شركة الزرع الطبي أن الانحراف المعياري لحجم الجسيمات للمساحيق المحفوظة في فراغ قد انخفض من 0.8 ميكرون إلى 0.3 ميكرون. انخفض الاختلاف القياسي للمسامية للدعامات المطبوعة من 1.2 ٪ إلى 0.5 ٪.
الكثافة السائبة: تم قطع نطاق التقلب للكثافة الفضفاضة للفراغ - المسحوق المخزن إلى النصف ، من ± 0.05g/cm ³ إلى ± 0.01g/cm ³. هذا يضمن أن سمك المسحوق هو نفسه طوال الوقت.
السيولة: عندما يتم الاحتفاظ بالرطوبة في الهواء أقل من 5 ٪ RH ، فإن زاوية راحة الفراغ - تتجه المساحيق المخزنة من 45 درجة إلى 32 درجة ، مما يجعلها أكثر سائلًا بنسبة 40 ٪.
3 ، تطبيق الصناعة: الطلب القوي في قطاع التصنيع العالي-
في المناطق النهائية العالية - بما في ذلك الفضاء والزراعة الطبية والطاقة النووية ، أصبح تخزين الفراغ هو الطريقة التقليدية لتخزين مكونات طباعة المعادن.
1. مجال الفضاء
عند طباعة فوهات الوقود لمحركات قفزة GE ، يتم استخدام مسحوق سبيكة كروم الكوبالت في فراغ لإحداث ثلاثة تقدم كبير:
العمر الأطول: فست فوهة طباعة مسحوق تخزين الفراغ قد مر عبر 10000 اختبار دورة حرارية وستستمر ثلاث مرات أطول من المسبوكات العادية.
تحسين الكفاءة: ارتفعت المسامية من 0.8 ٪ إلى 0.2 ٪ ، وارتفعت كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 15 ٪.
وفورات في التكاليف: انخفض معدل استخدام المسحوق من 75 ٪ إلى 92 ٪ ، وانخفضت تكلفة قطعة واحدة بنسبة 28 ٪.
2. موضوع عمليات الزرع الطبية
في الاستخدام العلاجي لأجهزة اندماج سبيكة التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، تعمل تقنية تخزين الفراغ على إصلاح مشكلتين كبيرتين:
التوافق الحيوي: المسحوق الفراغي - يحتوي على شوائب أقل من 0.05 ٪ (O ، N ، H) ، والتي تلبي معيار ISO 13782.
التأثير على تكوين العظام: ارتفع معدل نمو العظام على مدار ثلاثة أشهر بنسبة 60 ٪ مقارنة بالمسحوق الذي لم يتم عقده في فراغ ، وارتفع معدل البقاء على مدى خمس سنوات من 85 ٪ إلى 97 ٪.
3. مجال الطاقة النووية
عند صنع لوحات قناة التدفق للمفاعلات النووية ، فإن مسحوق tantalum المحفوظ في فراغ يفعل ما يلي: إنه يقاوم التآكل: في بيئة بخار عالية- عند 560 درجة ، ينخفض ​​معدل التآكل من 0.02 مم/سنة إلى 0.005 مم/سنة.
أداء امتصاص النيوترون: تظل كمية البورون ثابتة عند 1.2 ٪ بالوزن ، وهو أمر آمن للاستخدام النووي.