Aké sú výhody spracovania HIP pri post{0}}spracovaní kovovej 3D tlače?

1. Zbavenie sa vnútorných nedostatkov: prechod od „pórovitosti“ k „nulovým defektom“
Nerovnovážne tuhnutie spôsobené rýchlym chladením môže počas kovovej 3D tlače vytvoriť malé diery. Na druhej strane, rozobratie nosných štruktúr alebo neúplné roztavenie prášku môže spôsobiť makroskopické zmrštenie. Tieto chyby môžu spôsobiť vznik trhlín, čo značne skracuje únavovú životnosť dielov. Technológia HIP opravuje chyby pomocou nasledujúcich metód:
Uzatváranie pórov a kombinovanie kovov
Keď sa kovové materiály zahrejú na vysokú teplotu (zvyčajne 0,5 až 0,8-násobok teploty topenia materiálu) a vystavia sa vysokému tlaku (100 až 200 MPa), stanú sa veľmi poddajnými. Tlak plynu spôsobuje, že kov okolo pórov mení tvar, dochádza k vzájomnému kontaktu a vytváraniu metalurgických väzieb. Vďaka tomu sa objem pórov zmenšuje, až kým nezmizne. Napríklad po úprave HIP sa pórovitosť vysokoteplotnej zliatiny IN718 vyrobenej pomocou techniky SLM zmenila z 0,8 % na 0,02 %, vďaka čomu bola hustá na 99,99 %, čo je to, čo letecký priemysel potrebuje na zabezpečenie spoľahlivosti materiálov.
Hojenie mikrotrhlín
Tepelné napätie pri 3D tlači kovov môže spôsobiť vznik mikrotrhlín. Vysokoteplotné žíhanie pri ošetrení HIP odstraňuje zvyškové napätie a vysokotlakové prostredie spôsobuje plastické ohýbanie hrotu lomu, čím sa uzatvára trhlina a vytvára sa stabilná štruktúra hraníc zŕn. Experimentálne údaje naznačujú, že ošetrenie HIP môže znížiť hustotu trhlín nehrdzavejúcej ocele 316L o 90 % a zvýšiť lomovú húževnatosť o 30 %.
Zjemnenie zŕn a vytvorenie jednotnejšej mikroštruktúry
Vysokoteplotný{0}}proces HIP je rovnaký ako žíhanie, ktoré môže odstrániť podchladenú štruktúru alebo metastabilnú fázu, ktorá vzniká pri rýchlom ochladzovaní SLM. Napríklad po úprave HIP sa hrubé stĺpcové kryštály zliatiny Ti6Al4V menia na jemné rovnoosé kryštály a veľkosť zŕn sa pohybuje od 50 μm do 10 μm. Vďaka tomu je materiál oveľa pružnejší a odolnejší voči únave.
2. Zlepšenie mechanického výkonu: nájdenie správnej rovnováhy medzi pevnosťou a húževnatosťou
Spracovanie HIP má dva účinky na mechanické vlastnosti kovových 3D tlačených dielov:
Sila a plasticita idú lepšie dokopy.
Pevnosť materiálu môže po ošetrení HIP trochu klesnúť (zvyčajne o 5 % až 15 %), ale jeho ukazovatele plasticity, ako je predĺženie, výrazne stúpajú. Napríklad po úprave HIP sa pevnosť v ťahu hliníkovej zliatiny AlSi10Mg vyrobenej technikou SLM znížila zo 420 MPa na 380 MPa, ale predĺženie sa zvýšilo z 8 % na 15 %, čo je dobré pre ľahké konštrukčné diely v automobiloch.
Výrazné zlepšenie odolnosti proti únave
Hlavným dôvodom rastu únavových trhlín sú vnútorné trhliny. Tým, že sa úprava HIP zbaví pórov a mikrotrhlín, výrazne zvyšuje únavovú životnosť dielov. Napríklad životnosť zliatiny IN718 ošetrenej HIP pri 650 stupňoch a 690 MPa pri vysokej teplote sa zvýšila z 50 hodín bez úpravy na 173 hodín. To spĺňa požiadavky na životnosť leteckých motorov GE pre základné časti.
Anizotropné odstránenie
Kvalita medzivrstvového spájania kovovej 3D tlače môže spôsobiť, že mechanické vlastnosti sa budú líšiť v rôznych smeroch. Materiál funguje rovnako vo všetkých smeroch, keď je ošetrený HIP, ktorý využíva 360 stupňov rovnomerného tlaku. Napríklad rozdiel v koeficientoch radiálneho a axiálneho trenia medzi keramickými guľôčkami z nitridu kremíka ošetrenými HIP je menší ako 5 %, čo je oveľa lepšie ako pri štandardných metódach spekania.
3. Rozšírenie rozsahu aplikácií: prechod z „Dostupný“ na „Spoľahlivý“
HIP spracovanie pomáha s technickou stránkou využitia technológie kovovej 3D tlače v širokom meradle v oblastiach, kde je to veľmi žiadané.
Letecký a kozmický sektor
Lopatky turbíny, spaľovacie komory a ďalšie časti leteckého motora musia byť schopné pracovať v situáciách s vysokými teplotami, vysokými tlakmi a vysokým namáhaním. Úprava HIP môže odstrániť trhliny spôsobené tepelným napätím, ku ktorým dochádza, keď proces SLM príliš rýchlo ochladzuje, a tiež môže zlepšiť materiály pri vysokej teplote-tečenia. Rolls Royce napríklad používa HIP-niklové-vysoko{5}}tepelné zliatinové turbínové disky, ktoré zvyšujú prevádzkovú teplotu z 1200 na 1400 stupňov Celzia a pomer ťahu-k-hmotnosti o 20 %.
Oblasť lekárskych implantátov
Ortopedické implantáty musia byť pevné a bezpečné pre telo. Ošetrenie HIP môže odstrániť segregáciu alfa fázy v zliatine Ti6Al4V, znížiť možnosť úniku kovových iónov a predĺžiť životnosť materiálu pri namáhaní. Klinické dôkazy naznačujú, že miera zlyhania bedrových implantátov vystavených HIP sa po desaťročí znížila z 3 % na 0,5 %.
Energetický a lodný priemysel
Časti, ako sú tlakové nádoby jadrových reaktorov a kryty hlbokomorských snímačov{0}, musia byť schopné zvládnuť veľmi drsné podmienky. Zirkóniová keramika upravená HIP-zvládne vysoký tlak 110 MPa v hlbokom mori a palivový článok-potiahnutý karbidom kremíka môže zostať stabilný pri vysokých teplotách 1200 stupňov . Tieto materiály sú veľmi dôležité pre štvrtú generáciu technológie jadrovej energetiky.