Какви са предимствата на HIP обработката при последваща-обработка на метален 3D печат?

1. Отървете се от вътрешните дефекти: преминаване от „порьозност“ към „нулеви дефекти“
Не-неравновесното втвърдяване, причинено от бързо охлаждане, може да създаде малки дупки по време на метален 3D печат. От друга страна, разглобяването на опорни структури или не напълно разтопеният прах може да причини макроскопично свиване. Тези дефекти могат да причинят появата на пукнатини, което значително съкращава живота на частите от умора. Технологията HIP отстранява дефекти, като използва следните методи:
Затваряне на пори и комбиниране на метали
Когато металните материали се нагреят до висока температура (обикновено 0,5 до 0,8 пъти точката на топене на материала) и се подложат на голямо налягане (100 до 200 MPa), те стават много гъвкави. Налягането на газа кара метала около порите да променя формата си, влизайки в контакт един с друг и образувайки металургични връзки. Това кара обема на порите да намалява, докато не изчезне. Например, след HIP обработка, порьозността на IN718 високо{8}}температурна сплав, произведена с помощта на техниката SLM, премина от 0,8% на 0,02%, което я направи 99,99% плътна, което е необходимо на космическата индустрия, за да гарантира, че материалите са надеждни.
Заздравяване на микропукнатини
Термичният стрес при метален 3D печат може да причини появата на микропукнатини. Действието на високо-температурно отгряване на HIP обработката премахва остатъчното напрежение, а околната среда с високо-налягане кара върха на фрактурата да се огъва пластично, което затваря пукнатината и създава стабилна структура на границата на зърното. Експерименталните данни показват, че HIP обработката може да намали плътността на пукнатините на неръждаема стомана 316L с 90% и да повиши якостта на счупване с 30%.
Рафиниране на зърната и правене на микроструктурата по-равномерна
Високо{0}}температурният процес на HIP е същият като обработката с отгряване, която може да се отърве от недостатъчно охладената структура или метастабилната фаза, която се образува, когато SLM се охлажда бързо. След обработка с HIP, например, грубите колоновидни кристали на сплавта Ti6Al4V се променят във фини равноосни кристали, а размерът на зърното варира от 50 μm до 10 μm. Това прави материала много по-гъвкав и устойчив на умора.
2. Подобряване на механичните характеристики: намиране на правилния баланс между здравина и издръжливост
HIP обработката има два ефекта върху механичните характеристики на металните 3D отпечатани части:
Силата и пластичността вървят по-добре заедно.
Силата на материала може да намалее малко (обикновено с 5% до 15%) след обработката на HIP, но неговите показатели за пластичност, като удължение, се повишават много. Например, след обработка с HIP, якостта на опън на алуминиева сплав AlSi10Mg, произведена чрез SLM техника, намаля от 420MPa на 380MPa, но удължението се повиши от 8% на 15%, което е добро за леки структурни части в автомобили.
Значително подобрение на устойчивостта на умора
Основната причина за нарастване на пукнатините от умора са вътрешните дефекти. Като премахва порите и микропукнатините, HIP обработката значително увеличава живота на частите от умора. Например, издръжливостта на висока{2}}температура на умора на сплав IN718, обработена с HIP при 650 градуса и 690MPa, е преминала от 50 часа без обработка на 173 часа. Това отговаря на изискванията за живот на самолетните двигатели на GE за основните части.
Анизотропно отстраняване
Качествата на междуслойно свързване на металния 3D печат могат да доведат до различни механични свойства в различни посоки. Материалът работи по един и същи начин във всички посоки, когато се третира с HIP, който използва 360 градуса равномерно налягане. Например, разликата в коефициентите на радиално и аксиално триене между керамичните топки от силициев нитрид, обработени с HIP, е по-малко от 5%, което е много по-добро от стандартните методи за синтероване.
3. Разширяване на обхвата на приложенията: Преминаване от „Наличен“ към „Надежден“
HIP обработката помага с техническата страна на използването на метална 3D технология за печат в широк мащаб в области, където тя е в голямо търсене.
Аерокосмически сектор
Турбинните лопатки, горивните камери и другите части на двигателя на самолета трябва да могат да работят в ситуации с високи температури, високо налягане и голямо напрежение. HIP обработката може да се отърве от пукнатини от термичен стрес, които се случват, когато SLM процесът се охлади твърде бързо, и също така може да направи материалите по-добри при високо-температурно пълзене. Rolls Royce например използва високотемпературни турбинни дискове от-обработени с HIP-никел-базирани-сплави, които повишават работната температура от 1200 до 1400 градуса по Целзий и съотношението-към-тегло с 20%.
Сфера на медицинските импланти
Ортопедичните импланти трябва да са здрави и безопасни за тялото. Обработката с HIP може да премахне сегрегацията на алфа фазата в сплавта Ti6Al4V, да намали вероятността от изтичане на метални йони и да направи материала по-дълъг при натоварване. Клиничните данни показват, че степента на отказ на тазобедрените импланти, подложени на HIP, е намаляла от 3% на 0,5% след десетилетие.
Енергетиката и корабоплаването
Части като съдове под налягане на ядрен реактор и корпуси на дълбоководни-сензори трябва да могат да издържат на много тежки условия. Обработената с HIP-циркониева керамика може да се справи с високо налягане от 110MPa в дълбокото море, а покритият със силициев карбид-горивен елемент може да остане стабилен при високи температури от 1200 градуса. Тези материали са много важни за четвъртото поколение технологии за ядрена енергия.