האם כל חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד דורשים טיפול בחום?

1. התפקיד העיקרי של טיפול בחום הוא להיפטר מפגמים ולגרום לדברים לעבוד טוב יותר.
תהליכי חימום, בידוד וקירור יכולים לשפר מאוד את המבנה המיקרו של חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד על ידי טיפול בחום. זה גורם לחלקים לעבוד טוב יותר באופן כללי.
היפטרות משאריות מתח: קירור והתמצקות לא אחידים במהלך ההדפסה עלולים בקלות לגרום ללחץ שיורי בתוך החלקים, מה שעלול לגרום להם להתכופף או להתנפץ. קירור איטי לאורך תהליך החישול עשוי לעזור להקל על הלחץ. לאחר חישול, למשל, שיעור הפחתת המתח של חלקי מבנה תעופה וחלל עשוי להיות יותר מ-80%.
שיפור המאפיינים המכניים: כיבוי ומיזוג ביחד יכולים להפוך דברים להרבה יותר קשים וחזקים. לדוגמה, לאחר כיבוי, פלדת אל חלד 316L קשה יותר ב-30% ועמידה יותר בפני שחיקה, מה שהופך אותה לטובה עבור חלקים מכניים שצריכים לשאת משקל רב.
עידון גרגירים: תהליך התגבשות מחדש כיוונית מנהל את הגרדיאנט התרמי לאיחוד גרגרים זעירים לגבישים עמודים. זה הופך את החומר ליכולת יותר לעמוד בפני זחילה בטמפרטורות גבוהות. מחקר של MIT מצביע על כך שלאחר טיפול בגיבוש מחדש כיווני, גודל הגרגיר של סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה-ניקל גדל במספר סדרי גודל, וחיי הזחילה נמשכים הרבה יותר.
טיפול לצפיפות: לחיצה איזוסטטית חמה (HIP) מסירה את הנקבוביות הפנימיות באמצעות טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. זה הופך את צפיפות החומר לכמעט 100%. לדוגמה, טיפול HIP שיפר את חיי העייפות במחזור נמוך של דיסקיות טורבינה במנועי מטוסים מ-5000 מחזורים ל-20000 מחזורים.
2. מצבים ללא טיפול בחום: שיפור מאפייני החומר ותהליכים
למרות שלטיפול בחום יש הרבה יתרונות, ניתן להשתמש ברכיבים מיד ללא עבודה נוספת במצבים הבאים:
חלקים שאינם זקוקים ללחץ רב: אם מבנה החלק הוא בסיסי, הגודל צנוע, ולא אכפת לו מלחץ שיורי, אין צורך לחשל אותו. לדוגמה, חלקים מבניים קלים או לא-נושאים-עומס לא צפויים לעוות ולא יהפכו את הטיפול בחום לשווה את הכסף.
שילובים שונים של חומרים ותהליכים: חלק מהחומרים יצרו מיקרו-מבנים מושלמים בזמן ההדפסה. לדוגמה, טכניקת ההתכה הסלקטיבית של אלומת האלקטרונים (EBSM) מתקררת לאט יותר, מה שאומר שחלקים מודפסים מסגסוגת טיטניום (Ti6Al4V) לא נעשים גסים כל כך, וזה טוב עבור שתלים רפואיים כי הם צריכים להיות תואמים ביולוגיים.
תרחיש למתן תשומת לב לאיכות פני השטח: אם החלק צריך להיות חלק מאוד, טיפול בחום עלול לגרום לו להתחמצן או לשנות צורה. בשלב זה ניתן להחליף את הטיפול בחום בשיטות טיפול פני השטח הכוללות ליטוש כימי וליטוש לייזר. לאחר ליטוש אלקטרוכימי, חספוס פני השטח של שתלי סגסוגת טיטניום נקבוביות יורד מ-6-12 מיקרומטר ל-0.2-1 מיקרומטר ללא צורך בטיפול נוסף בחום.
אימות של אב טיפוס מהיר: טיפול בחום עשוי להאריך את מחזור הפיתוח בשלב עיצוב המוצר. לדוגמה, הציר הגמיש המשולב בתחום האלקטרוניקה צריך לייצר את חלקי אב הטיפוס שלו במהירות, ושימוש חלקים מודפסים ישירות יכול להאיץ את תהליך האימות.
3. מסגרת לקבלת החלטות: מציאת האיזון הנכון בין ביצועים, עלות ויעילות
יש צורך בבדיקה יסודית של המשתנים הבאים כדי להחליט אם לבצע טיפול בחום או לא:
דרישות פונקציונליות: חלקי תעופה וחלל חייבים להיות מסוגלים להתמודד עם טמפרטורות ומתחים אדירים, וזו הסיבה שטיפול בחום חשוב.
שתלים רפואיים צריכים להיות חזקים ובטוחים לגוף, וחישול או טיפול HIP יכולים לעזור להם לעבוד טוב יותר.
אם הדבר היחיד שחשוב הוא איך נראים פסלי האמנות או יצירות התצוגה, ניתן לדלג על טיפול בחום כדי לחסוך כסף.
סגסוגות בטמפרטורה גבוהה-על בסיס-ניקל צפויות להיסדק, ולכן הן זקוקות לפתרון מוצק ולטיפול הזדקנות כדי להפוך אותן לקשיחות יותר.
חלקים העשויים מסגסוגת אלומיניום (כגון AlSi10Mg) מכילים גרגירים מיקרוסקופיים, מה שהופך אותם לקלי משקל מיד.
סוג התהליך: תהליך התכת מיטת האבקה (PBF) צריך להיות חישול מכיוון שהוא מתקרר במהירות ומשאיר מאחור מתח רב.
מכיוון שיש לו קלט חום גבוה ורמת מתח נמוכה, טכניקת השקעת האנרגיה המכוונת (DED) מצמצמת את הצורך בטיפול בחום.
מגבלות עלויות: ציוד HIP יקר לקנייה ולהפעלה, מה שמקשה על עסקים קטנים ובינוניים-להרשות לעצמם. הם צריכים למצוא פשרה בין ביצועים לעלות.
טיפול בחום של רכיבים מבניים מסובכים עלול לגרום להם לשנות צורה. כדי להימנע מכך, יש להשתמש באופטימיזציה של סימולציה כדי לתמוך בתכנון ולהעלות את הוצאות המחקר והפיתוח.