ما مزايا معالجة HIP في-المعالجة اللاحقة للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد؟

1. التخلص من العيوب الداخلية: الانتقال من "المسامية" إلى "صفر عيوب"
يمكن أن يؤدي التصلب غير المتوازن- الناتج عن التبريد السريع إلى إنشاء ثقوب صغيرة أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن. من ناحية أخرى، فإن تفكيك الهياكل الداعمة أو عدم ذوبان المسحوق بالكامل قد يسبب انكماشًا مجهريًا. قد تتسبب هذه العيوب في ظهور الشقوق، مما يقلل بشكل كبير من عمر كلال الأجزاء. تعمل تقنية HIP على إصلاح العيوب باستخدام الطرق التالية:
إغلاق المسام ودمج المعادن
عندما يتم تسخين المواد المعدنية إلى درجة حرارة عالية (عادة 0.5 إلى 0.8 مرة من نقطة انصهار المادة) ووضعها تحت ضغط كبير (100 إلى 200 ميجاباسكال)، فإنها تصبح مرنة للغاية. يؤدي ضغط الغاز إلى تغيير شكل المعدن الموجود حول المسام، مما يؤدي إلى اتصاله ببعضه البعض وتكوين روابط معدنية. هذا يجعل حجم المسام يتضاءل حتى يختفي. على سبيل المثال، بعد معالجة HIP، ارتفعت مسامية سبيكة IN718 ذات الحرارة العالية- المصنعة باستخدام تقنية SLM من 0.8% إلى 0.02%، مما جعلها كثيفة بنسبة 99.99%، وهو ما تحتاجه صناعة الطيران للتأكد من موثوقية المواد.
شفاء الشقوق الصغيرة
يمكن أن يتسبب الإجهاد الحراري في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد في حدوث شقوق صغيرة. تعمل عملية التلدين ذات درجة الحرارة العالية لعلاج HIP على التخلص من الإجهاد المتبقي، كما أن بيئة الضغط العالي- تجعل طرف الكسر ينحني بشكل بلاستيكي، مما يغلق الشق ويشكل هيكلًا مستقرًا لحدود الحبوب. تشير البيانات التجريبية إلى أن معالجة HIP يمكن أن تقلل من كثافة الشقوق للفولاذ المقاوم للصدأ 316L بنسبة 90% وتعزز صلابة الكسر بنسبة 30%.
تكرير الحبوب وجعل البنية المجهرية أكثر تجانسا
إن عملية -درجة الحرارة المرتفعة لـ HIP هي نفسها معالجة التلدين، والتي يمكن أن تتخلص من البنية منخفضة التبريد أو الطور شبه المستقر الذي يتشكل عندما يبرد SLM بسرعة. بعد معالجة HIP، على سبيل المثال، تتغير البلورات العمودية الخشنة لسبائك Ti6Al4V إلى بلورات دقيقة متساوية المحاور، ويتراوح حجم الحبوب من 50 ميكرومتر إلى 10 ميكرومتر. وهذا يجعل المادة أكثر مرونة ومقاومة للتعب.
2. تحسين الأداء الميكانيكي: إيجاد التوازن الصحيح بين القوة والمتانة
معالجة HIP لها تأثيران على الخصائص الميكانيكية للأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد:
القوة واللدونة تسير بشكل أفضل معًا.
قد تنخفض قوة المادة قليلاً (عادةً بنسبة 5% إلى 15%) بعد علاج HIP، لكن مؤشرات اللدونة، مثل الاستطالة، ترتفع كثيرًا. على سبيل المثال، بعد معالجة HIP، انخفضت قوة الشد لسبائك الألومنيوم AlSi10Mg المنتجة بواسطة تقنية SLM من 420MPa إلى 380MPa، لكن الاستطالة ارتفعت من 8% إلى 15%، وهو أمر جيد للأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن في السيارات.
تحسن كبير في أداء مقاومة التعب
السبب الرئيسي لنمو شقوق التعب هو العيوب الداخلية. من خلال التخلص من المسام والشقوق الصغيرة، فإن علاج HIP يزيد بشكل كبير من عمر الكلال للأجزاء. على سبيل المثال، ارتفع عمر الكلال-في درجات الحرارة المرتفعة لسبائك IN718 المعالجة بـ HIP عند 650 درجة و690 ميجا باسكال من 50 ساعة دون معالجة إلى 173 ساعة. وهذا يلبي متطلبات الحياة لمحركات طائرات GE للأجزاء الأساسية.
إزالة متباين الخواص
قد تؤدي خصائص الترابط بين الطبقات للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد إلى اختلاف الخواص الميكانيكية في اتجاهات مختلفة. تعمل المادة بنفس الطريقة في جميع الاتجاهات عند معالجتها بمادة HIP، والتي تستخدم 360 درجة من الضغط الموحد. على سبيل المثال، الفرق في معاملات الاحتكاك الشعاعي والمحوري بين كرات سيراميك نيتريد السيليكون المعالجة بـ HIP أقل من 5%، وهو أفضل بكثير من طرق التلبيد القياسية.
3. توسيع نطاق التطبيقات: الانتقال من "متاح" إلى "موثوق"
تساعد معالجة HIP في الجانب الفني لاستخدام تقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في المجالات التي يكون الطلب عليها كبيرًا.
قطاع الطيران
يجب أن تكون شفرات التوربينات وغرف الاحتراق والأجزاء الأخرى من محرك الطائرة قادرة على العمل في المواقف ذات درجات الحرارة المرتفعة والضغوط العالية والإجهاد العالي. يمكن أن تتخلص معالجة HIP من شقوق الإجهاد الحراري التي تحدث عندما تبرد عملية SLM بسرعة كبيرة، ويمكنها أيضًا تحسين المواد عند-زحف درجات الحرارة العالية. تستخدم شركة Rolls Royce، على سبيل المثال، أقراص توربينية من خليط معدني بدرجة حرارة عالية-من النيكل المعالج-HIP والتي تعمل على رفع درجة حرارة التشغيل من 1200 إلى 1400 درجة مئوية ونسبة الدفع-إلى-الوزن بنسبة 20%.
مجال الغرسات الطبية
يجب أن تكون الغرسات العظمية قوية وآمنة للجسم. يمكن أن يؤدي علاج HIP إلى التخلص من فصل طور ألفا في سبيكة Ti6Al4V، وتقليل فرصة تسرب الأيونات المعدنية، وجعل المادة تدوم لفترة أطول تحت الضغط. تشير الأدلة السريرية إلى أن معدل فشل زراعة الورك الخاضعة لـ HIP قد انخفض من 3% إلى 0.5% بعد عقد من الزمن.
صناعات الطاقة والشحن
يجب أن تكون الأجزاء مثل أوعية ضغط المفاعل النووي ومرفقات أجهزة استشعار أعماق البحار- قادرة على التعامل مع الظروف القاسية للغاية. يمكن لسيراميك الزركونيا المعالج بـ HIP- التعامل مع الضغط العالي الذي يصل إلى 110 ميجا باسكال في أعماق البحار، ويمكن أن يظل عنصر الوقود المطلي بكربيد السيليكون - ثابتًا عند درجات حرارة عالية تصل إلى 1200 درجة . هذه المواد مهمة جدًا للجيل الرابع من تكنولوجيا الطاقة النووية.