Hvad er fordelene ved HIP-behandling i efter-behandling af metal 3D-print?

1. At slippe af med interne fejl: at gå fra "porøsitet" til "nul defekter"
Ikke-ligevægtsstørkning produceret ved hurtig afkøling kan skabe små huller under 3D-udskrivning af metal. På den anden side kan adskillelse af støttestrukturer eller ikke helt smeltende pulver forårsage makroskopisk krympning. Disse fejl kan forårsage revner, hvilket i høj grad forkorter delenes udmattelseslevetid. HIP-teknologi løser defekter ved at bruge følgende metoder:
Lukker porer og kombinerer metaller
Når metalmaterialer opvarmes til en høj temperatur (typisk 0,5 til 0,8 gange materialets smeltepunkt) og sættes under et stort tryk (100 til 200 MPa), bliver de meget bøjelige. Gastryk får metallet omkring porerne til at ændre form, hvilket kommer i kontakt med hinanden og danner metallurgiske bindinger. Dette får porevolumenet til at mindskes, indtil det er væk. For eksempel, efter HIP-behandling, gik porøsiteten af ​​IN718 høj-temperaturlegering fremstillet ved hjælp af SLM-teknikken fra 0,8 % til 0,02 %, hvilket gjorde den 99,99 % tæt, hvilket er, hvad luftfartsindustrien har brug for for at sikre, at materialer er pålidelige.
Heling af mikrorevner
Termisk stress i metal 3D-print kan forårsage mikrorevner. HIP-behandlingens høje-udglødningsvirkning fjerner restspænding, og miljøet med høje-tryk får brudspidsen til at bøje plastisk, hvilket lukker revnen og danner en stabil korngrænsestruktur. Eksperimentelle data indikerer, at HIP-behandling kan reducere revnetætheden af ​​316L rustfrit stål med 90% og øge brudsejheden med 30%.
Forfining af kornene og gør mikrostrukturen mere ensartet
Høj-temperaturprocessen ved HIP er det samme som udglødningsbehandling, som kan fjerne den underafkølede struktur eller metastabile fase, der dannes, når SLM afkøles hurtigt. Efter HIP-behandling, for eksempel, ændres de grove søjleformede krystaller af Ti6Al4V-legeringen til fine ligeaksede krystaller, og kornstørrelsen går fra 50 μm til 10 μm. Dette gør materialet meget mere fleksibelt og modstandsdygtigt over for træthed.
2. Gøre den mekaniske ydeevne bedre: finde den rigtige balance mellem styrke og sejhed
HIP-behandling har to effekter på de mekaniske egenskaber af metal 3D-printede dele:
Styrke og plasticitet går bedre sammen.
Materialets styrke kan falde lidt (typisk med 5% til 15%) efter HIP-behandling, men dets plasticitetsindikatorer, såsom forlængelse, stiger meget. For eksempel, efter HIP-behandling, faldt trækstyrken af ​​AlSi10Mg-aluminiumslegering fremstillet ved SLM-teknik fra 420MPa til 380MPa, men forlængelsen steg fra 8% til 15%, hvilket er godt for lette strukturelle dele i biler.
En væsentlig forbedring af ydeevnen mod træthedsmodstand
Hovedårsagen til vækst af træthedsrevner er indre fejl. Ved at slippe af med porer og mikrorevner øger HIP-behandling i høj grad træthedslevetiden for dele. For eksempel er den høje-temperaturtræthedslevetid for IN718-legering behandlet med HIP ved 650 grader og 690 MPa gået fra 50 timer uden behandling til 173 timer. Dette opfylder levetidskravene for GE-flymotorer til væsentlige dele.
Anisotrop fjernelse
Mellemlagsbindingsegenskaberne ved metal 3D-printning kan forårsage, at de mekaniske egenskaber er forskellige i forskellige retninger. Materialet fungerer på samme måde i alle retninger, når det er behandlet med HIP, som bruger 360 graders ensartet tryk. For eksempel er forskellen i radiale og aksiale friktionskoefficienter mellem siliciumnitrid keramiske kugler behandlet med HIP mindre end 5%, hvilket er langt bedre end standard sintringsmetoder.
3. Udvidelse af anvendelsesområdet: Går fra "Tilgængelig" til "Plidelig"
HIP-behandling hjælper med den tekniske side af at bruge metal 3D-printteknologi i bred skala på områder, hvor det er meget efterspurgt.
Luftfartssektoren
Turbineblade, forbrændingskamre og andre dele af en flymotor skal kunne arbejde i situationer med høje temperaturer, høje tryk og høj belastning. HIP-behandling kan slippe af med termiske spændingsrevner, der opstår, når SLM-processen afkøles for hurtigt, og den kan også gøre materialer bedre ved høj-temperaturkrybning. Rolls Royce bruger f.eks. HIP-behandlet nikkel-baseret høj-temperaturlegeringsturbineskiver, der hæver driftstemperaturen fra 1200 til 1400 grader Celsius og forholdet mellem tryk- og-vægt med 20 %.
Område for medicinske implantater
Ortopædiske implantater skal være stærke og sikre for kroppen. HIP-behandling kan slippe af med alfa-faseadskillelse i Ti6Al4V-legering, mindske chancen for, at metalioner lækker ud og få materialet til at holde længere under stress. Klinisk evidens tyder på, at fejlraten for hofteimplantater udsat for HIP er faldet fra 3 % til 0,5 % efter et årti.
Energi- og shippingindustrien
Dele som atomreaktortrykbeholdere og dybe-følerindkapslinger skal kunne håndtere meget barske forhold. Den HIP-behandlede zirconia keramik kan klare et højt tryk på 110 MPa i dybhavet, og det siliciumcarbid-belagte brændstofelement kan forblive stabilt ved høje temperaturer på 1200 grader. Disse materialer er meget vigtige for den fjerde generation af atomkraftteknologi.