Mitä etuja HIP-käsittelystä on{0}}metallin 3D-tulostuksen jälkikäsittelyssä?

1. Päästä eroon sisäisistä puutteista: siirtyminen "huokoisuudesta" "nollavirheeseen"
Nopealla jäähdytyksellä aikaansaatu epätasapainoinen jähmettyminen voi luoda pieniä reikiä metallin 3D-tulostuksen aikana. Toisaalta tukirakenteiden purkaminen tai jauheen sulamatta jättäminen voi aiheuttaa makroskooppista kutistumista. Nämä viat voivat aiheuttaa halkeamien alkamista, mikä lyhentää huomattavasti osien väsymisikää. HIP-tekniikka korjaa viat seuraavilla menetelmillä:
Huokosten sulkeminen ja metallien yhdistäminen
Kun metallimateriaaleja kuumennetaan korkeaan lämpötilaan (tyypillisesti 0,5 - 0,8 kertaa materiaalin sulamispiste) ja ne altistetaan suurelle paineelle (100 - 200 MPa), niistä tulee erittäin taipuisia. Kaasunpaine saa huokosten ympärillä olevan metallin muuttamaan muotoaan, muodostaen kosketuksen toisiinsa ja muodostaen metallurgisia sidoksia. Tämä saa huokosten tilavuuden pienenemään, kunnes se on poissa. Esimerkiksi HIP-käsittelyn jälkeen SLM-tekniikalla valmistetun korkean lämpötilan IN718-lejeeringin huokoisuus laski 0,8 %:sta 0,02 %:iin, mikä teki siitä 99,99 %:n tiheyden, mitä ilmailuteollisuus tarvitsee varmistaakseen materiaalien luotettavuuden.
Mikrohalkeamien paraneminen
Metallin 3D-tulostuksen lämpöjännitys voi aiheuttaa mikrohalkeamia. HIP-käsittelyn korkean lämpötilan lämpö-hehkutus poistaa jäännösjännityksen, ja korkeapaineinen-paineympäristö saa murtokärjen taipumaan plastisesti, mikä sulkee halkeaman ja muodostaa vakaan raerajarakenteen. Kokeelliset tiedot osoittavat, että HIP-käsittely voi vähentää 316L ruostumattoman teräksen halkeamistiheyttä 90 % ja parantaa murtolujuutta 30 %.
Rakeiden jalostaminen ja mikrorakenteen yhtenäistäminen
HIP:n korkean lämpötilan -lämpöprosessi on sama kuin hehkutuskäsittely, jolla voidaan päästä eroon alijäähtyneestä rakenteesta tai metastabiilista faasista, joka muodostuu SLM:n jäähtyessä nopeasti. Esimerkiksi HIP-käsittelyn jälkeen Ti6Al4V-seoksen karkeat pylväskiteet muuttuvat hienoiksi tasaakselisiksi kiteiksi ja raekoko muuttuu 50 μm:stä 10 μm:iin. Tämä tekee materiaalista paljon joustavamman ja väsymystä kestävämmän.
2. Mekaanisen suorituskyvyn parantaminen: oikean tasapainon löytäminen lujuuden ja sitkeyden välillä
HIP-käsittelyllä on kaksi vaikutusta metallisten 3D-tulostettujen osien mekaanisiin ominaisuuksiin:
Vahvuus ja plastisuus sopivat paremmin yhteen.
Materiaalin lujuus voi laskea hieman (tyypillisesti 5-15%) HIP-käsittelyn jälkeen, mutta sen plastisuusindikaattorit, kuten venymä, nousevat paljon. Esimerkiksi HIP-käsittelyn jälkeen SLM-tekniikalla valmistetun AlSi10Mg-alumiiniseoksen vetolujuus putosi 420 MPa:sta 380 MPa:iin, mutta venymä nousi 8 %:sta 15 %:iin, mikä on hyvä autojen kevyille rakenneosille.
Merkittävä parannus väsymyksen kestävyydessä
Suurin syy väsymishalkeamien kasvuun on sisäiset viat. Poistamalla huokoset ja mikrohalkeamat HIP-käsittely pidentää huomattavasti osien väsymisikää. Esimerkiksi 650 asteen ja 690 MPa:n HIP:llä käsitellyn IN718-lejeeringin korkean lämpötilan väsymisikä on pidentynyt 50 tunnista käsittelemättömästä 173 tuntiin. Tämä täyttää GE:n lentokoneiden moottoreiden olennaisten osien käyttöikävaatimukset.
Anisotrooppinen poisto
Metallien 3D-tulostuksen kerrosten väliset sidosominaisuudet voivat aiheuttaa mekaanisten ominaisuuksien vaihtelua eri suuntiin. Materiaali toimii samalla tavalla kaikkiin suuntiin, kun sitä käsitellään HIP:llä, joka käyttää 360 asteen tasaista painetta. Esimerkiksi ero säteittäisissä ja aksiaalisissa kitkakertoimissa HIP:llä käsiteltyjen piinitridikeraamisten pallojen välillä on alle 5 %, mikä on paljon parempi kuin tavanomaisissa sintrausmenetelmissä.
3. Sovellusalueen laajentaminen: Siirtyminen "saatavilla" -tilasta "luotettavaan"
HIP-käsittely auttaa metallin 3D-tulostusteknologian laajamittaisen käytön teknisessä puolella aloilla, joilla sille on suuri kysyntä.
Ilmailuala
Turbiinien siipien, polttokammioiden ja muiden lentokoneen moottorin osien on kyettävä toimimaan korkeissa lämpötiloissa, korkeissa paineissa ja suuressa rasituksessa. HIP-käsittelyllä voidaan päästä eroon lämpöjännityshalkeamista, joita syntyy, kun SLM-prosessi jäähtyy liian nopeasti, ja se voi myös parantaa materiaaleja korkeassa-lämpötiloissa. Esimerkiksi Rolls Royce käyttää HIP-käsiteltyjä nikkeli-pohjaisia ​​korkean lämpötilan-seosturbiinilevyjä, jotka nostavat käyttölämpötilan 1200 celsiusasteesta 1400 celsiusasteeseen ja työntövoiman -painosuhdetta-20 %.
Lääketieteellisten implanttien ala
Ortopedisten implanttien tulee olla vahvoja ja turvallisia keholle. HIP-käsittely voi päästä eroon alfafaasin erottelusta Ti6Al4V-seoksessa, vähentää metalli-ionien vuotamisen mahdollisuutta ja pidentää materiaalin kestävyyttä rasituksessa. Kliiniset todisteet osoittavat, että HIP:lle altistettujen lonkkaimplanttien epäonnistumisprosentti on laskenut 3 prosentista 0,5 prosenttiin kymmenen vuoden kuluttua.
Energia- ja laivateollisuus
Osien, kuten ydinreaktorin paineastioiden ja syvänmeren{0}}anturien koteloiden on kestettävä erittäin ankaria olosuhteita. HIP-käsitelty zirkoniumoksidikeramiikka kestää 110 MPa:n korkeaa painetta syvässä meressä, ja piikarbidilla-päällystetty polttoaine-elementti voi pysyä vakaana korkeissa 1200 asteen lämpötiloissa. Nämä materiaalit ovat erittäin tärkeitä neljännen sukupolven ydinvoimateknologialle.