1 Korkean lämpötilan lujuus ja sitkeys
Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa materiaalien suorituskykyä arvioidaan paljon lujuuden ja sitkeyden perusteella korkeissa lämpötiloissa. Metallien 3D-tulostuksessa korkeissa lämpötiloissa käytettävien materiaalien on kestettävä riittävä lujuus ja sitkeys jopa erittäin korkeissa lämpötiloissa – yli 1000 asteen lämpötiloissa. Itse aineen korkean sulamispisteen lisäksi tämä edellyttää vakaata kiderakennetta ja mikrorakennetta. korkeissa lämpötiloissa termisen muodonmuutoksen tai lämpöväsymisen aiheuttamien vikojen estämiseksi.
Esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa on käytetty laajalti nikkelipohjaisia korkean lämpötilan metalliseoksia, mukaan lukien In625 ja In718, niiden erinomaisen lujuuden ja sitkeyden vuoksi. Metallien 3D-tulostusteknologian avulla näistä seoksista voidaan valmistaa monimutkaisen geometrian omaavia komponentteja, kuten moottorin turbiinien siipiä ja polttokammioita, jotka toimivat valtavissa lämpötiloissa ja vaativat materiaaleja, joilla on suuri suorituskyky korkeissa lämpötiloissa.
2 Hapettumisen ja korroosionkestävyys
Materiaalien ja hapen välinen reaktio kiihtyy korkeissa lämpötiloissa aiheuttaen hapettumista ja korroosiota. Komponenttien käyttöiän pidentämiseksi metallien 3D-tulostuksen korkeissa lämpötiloissa käytettävillä materiaaleilla on oltava hyvä hapettumisen ja korroosionkestävyys. Materiaalin on kehitettävä stabiili oksidikalvo korkeissa lämpötiloissa, jotta happi ei syövyttäisi substraattimateriaalia entisestään ja siten paranee antioksidanttinen suorituskyky. Korroosionkestävien materiaalien on säilytettävä hyvä suorituskyky vaativissa olosuhteissa, mukaan lukien korkea lämpötila, suuri paine ja syövyttävät nesteet.
Metallin 3D-tulostustekniikan avulla ilmailu- ja avaruusalalla usein käytetyt materiaalit, kuten titaaniseokset ja ruostumaton teräs, voidaan optimoida niiden mikrorakenteen mukaan ja parantaa hapettumisen ja korroosionkestävyyttä. Esimerkiksi titaaniseoksen suuri lämpötila ja korroosionkestävyys tekevät siitä melko yleisen lentokonealalla. 3D-tulostustekniikoiden mahdollistamat kehittyneemmät ja monimutkaisemmat rakenteet auttavat lisäämään komponenttien korroosionkestävyyttä.
3 Lämpölaajenemiskerroin ja stabiilisuus
Hyvä lämmönkestävyys on toinen vaatimus korkean lämpötilan materiaaleille metallista 3D-tulostusta varten; toisin sanoen materiaalin suorituskyky ei vaihtele paljon ajan kuluessa korkeissa lämpötiloissa. Lämpövanhenemisen aiheuttaman suorituskyvyn heikkenemisen estämiseksi materiaalilla on oltava vakaa kiderakenne ja kemiallinen koostumus korkeissa lämpötiloissa. Koska materiaalin lämpölaajenemiskerroin vaikuttaa suoraan komponenttien mittapysyvyyteen ja kokoonpanotarkkuuteen korkeissa lämpötiloissa, se on myös tärkeä asia mielessä.
Tässä mielessä nikkelipohjaiset ja rautapohjaiset korkean lämpötilan metalliseokset ovat melko menestyneitä. Korkeissa lämpötiloissa niillä ei ole vain alhainen lämpölaajenemiskerroin, vaan myös suuri lämpöstabiilisuus, mikä takaa komponenttien mittojen vakauden ja kokoonpanon oikeellisuuden sellaisessa ympäristössä. Nämä ominaisuudet tekevät rauta- ja nikkelipohjaisista korkean lämpötilan metalliseoksista ihanteellisen valinnan korkean lämpötilan metallien 3D-tulostukseen ilmailualalla.
4 Jälkikäsittelyn ja materiaalinkäsittelyn tarpeet
Vaikka metallin 3D-tulostustekniikka tarjoaa suuren suunnitteluvapauden, käsittelyteho ja materiaalien jälkikäsittelytarpeet on silti otettava huomioon käsiteltäessä korkeita lämpötiloja. Korkeat sulamispisteet ja korkean lämpötilan materiaalien huono juoksevuus vaativat korkeat standardit painokoneille ja prosessiparametreille. Siten ylivertainen jauheen juoksevuus, sulamis- ja jähmettymisominaisuudet sekä ennustettava mikrorakenteen kehitys ovat vaatimuksia metallin 3D-tulostus korkean lämpötilan materiaaleille.
Lisäksi metallin 3D-tulostuksessa on olemassa melko suuria jälkikäsittelytarpeita korkean lämpötilan materiaaleille. Tarvitaan asianmukaisia lämpökäsittelytekniikoita jäännösjännityksen poistamiseksi, mikrorakenteen maksimoimiseksi ja suorituskyvyn parantamiseksi, koska korkean lämpötilan materiaalit ovat herkkiä lämpömuodonmuutokselle ja halkeilulle korkeissa lämpötiloissa. Monimutkaisen geometrisen muodon omaavien komponenttien osalta pintakäsittely ja tarkkuustyöstö auttavat myös täyttämään suunnittelukriteerit.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html