การพิมพ์โลหะ 3D ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมการผลิตโดยช่วยให้สามารถสร้างชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและปรับแต่งเองได้ด้วยความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์มักจะมีคุณสมบัติเชิงกลต่ำกว่าปกติ เนื่องจากการระบายความร้อนและการแข็งตัวอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3D การอบชุบด้วยความร้อนเป็นขั้นตอนหลังการประมวลผลที่สำคัญซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของชิ้นส่วนเหล่านี้ได้อย่างมาก ในฐานะซัพพลายเออร์การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ ฉันเชี่ยวชาญกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนสำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติเป็นอย่างดี และอยากแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกบางประการ
ทำความเข้าใจความจำเป็นในการอบชุบด้วยความร้อนในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ
ในการพิมพ์โลหะ 3D ชิ้นส่วนจะถูกสร้างขึ้นทีละชั้น และอัตราการเย็นตัวที่รวดเร็วอาจทำให้เกิดปัญหาหลายประการ ประการแรก ความเค้นตกค้างจะถูกสร้างขึ้นภายในชิ้นส่วน ความเค้นเหล่านี้อาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวในระหว่างการตัดเฉือนครั้งต่อไปหรือแม้แต่ในการให้บริการ ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร ประการที่สอง โครงสร้างจุลภาคของโลหะที่พิมพ์ออกมาอาจไม่เหมือนกัน โดยมีเกรนขนาดใหญ่ในบางพื้นที่และเกรนละเอียดในบางพื้นที่ ความไม่สม่ำเสมอนี้อาจส่งผลให้คุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนไม่สอดคล้องกัน การอบชุบด้วยความร้อนช่วยบรรเทาความเค้นตกค้างเหล่านี้และปรับปรุงโครงสร้างจุลภาค ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางกลโดยรวมของชิ้นส่วน
ความร้อนทั่วไป - กระบวนการบำบัดสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติ
การหลอม
การหลอมเป็นหนึ่งในกระบวนการให้ความร้อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D โดยเกี่ยวข้องกับการทำความร้อนชิ้นส่วนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด โดยคงไว้ที่อุณหภูมินั้นเป็นระยะเวลาหนึ่ง (เวลาแช่) จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ วัตถุประสงค์ของการหลอมคือเพื่อบรรเทาความเค้นตกค้าง ทำให้วัสดุนิ่มลง และปรับปรุงความเหนียวของวัสดุ
การหลอมมีหลายประเภท เช่น การหลอมแบบเต็ม กระบวนการหลอม และการหลอมแบบบรรเทาความเครียด โดยทั่วไปจะใช้การหลอมแบบเต็มสำหรับโลหะเหล็ก ชิ้นส่วนได้รับความร้อนเหนืออุณหภูมิวิกฤต โดยคงไว้เป็นระยะเวลาเพียงพอเพื่อให้เกิดการตกผลึกใหม่อย่างสมบูรณ์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ ในเตาเผา ส่งผลให้โครงสร้างเกรนหยาบและสม่ำเสมอและปรับปรุงความสามารถในการแปรรูป
กระบวนการอบอ่อนใช้เพื่อลดความแข็งของโลหะที่ผ่านการชุบแข็งในระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ โดยปกติจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าการหลอมแบบเต็ม ในทางกลับกัน การอบอ่อนแบบบรรเทาจะเน้นไปที่การบรรเทาความเครียดที่ตกค้างในส่วนนั้นเป็นหลัก ชิ้นส่วนจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ โดยคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้ความเครียดผ่อนคลาย จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ
การทำให้เป็นมาตรฐาน
การทำให้เป็นมาตรฐานนั้นคล้ายกับการหลอม แต่อัตราการทำความเย็นจะเร็วขึ้น ชิ้นส่วนได้รับความร้อนเหนืออุณหภูมิวิกฤติ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในอากาศ ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างเกรนที่ละเอียดกว่าเมื่อเทียบกับการอบอ่อน ซึ่งนำไปสู่ความแข็งแกร่งและความแข็งที่ดีขึ้น การทำให้เป็นมาตรฐานมักใช้สำหรับชิ้นส่วนเหล็กที่พิมพ์ด้วย 3D เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการความสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว
การดับและการแบ่งเบาบรรเทา
การชุบแข็งและการอบคืนตัวเป็นกระบวนการให้ความร้อนสองขั้นตอนที่ใช้กันทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่มีความแข็งแรงสูง ในขั้นตอนการดับ ชิ้นส่วนจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต) จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วโดยการจุ่มลงในตัวกลางในการดับ เช่น น้ำ น้ำมัน หรือสารละลายโพลีเมอร์ การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วนี้ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคแข็งและเปราะ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นมาร์เทนไซต์ในกรณีของเหล็ก
อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความเปราะบางสูงของชิ้นส่วนที่ดับแล้วทำให้ไม่เหมาะกับการใช้งานส่วนใหญ่ ดังนั้นการแบ่งเบาบรรเทาจะดำเนินการหลังจากการดับ การแบ่งเบาบรรเทาเกี่ยวข้องกับการทำความร้อนชิ้นส่วนที่ดับแล้วให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตและคงไว้ในช่วงเวลาที่กำหนด กระบวนการนี้ช่วยลดความเปราะบางของชิ้นส่วนและปรับปรุงความเหนียวในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแกร่งไว้ค่อนข้างสูง
ความร้อน - ข้อควรพิจารณาในการบำบัดสำหรับโลหะชนิดต่างๆ
สแตนเลส
สแตนเลสเป็นวัสดุยอดนิยมในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและมีคุณสมบัติทางกลที่ดี สำหรับชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D สแตนเลส มักใช้การอบอ่อนสารละลาย ชิ้นส่วนถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1,050 - 1,150°C สำหรับสเตนเลสออสเทนนิติก) เพื่อละลายคาร์ไบด์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกเฟสเดียวไว้ สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียวของชิ้นส่วน
ไทเทเนียม
ไทเทเนียมและโลหะผสมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานด้านการบินและอวกาศและการแพทย์ เนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง การรักษาความร้อนของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยไทเทเนียม 3 มิติมักเกี่ยวข้องกับการหลอมเพื่อลดความเค้นตกค้างและปรับปรุงความเหนียว อุณหภูมิการหลอมสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมมักจะอยู่ในช่วง 600 - 800°C และอัตราการเย็นตัวค่อนข้างช้า
อลูมิเนียม
ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่พิมพ์ด้วย 3D ยังได้รับประโยชน์จากการบำบัดความร้อนอีกด้วย การอบชุบด้วยความร้อนตามด้วยการบ่มเป็นกระบวนการทั่วไปสำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ ในการบำบัดความร้อนด้วยสารละลาย ชิ้นส่วนจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อละลายธาตุอัลลอยด์ในเมทริกซ์อะลูมิเนียม จากนั้นจึงดับลงเพื่อคงสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดไว้ การบ่มจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าเพื่อตกตะกอนองค์ประกอบอัลลอยด์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของชิ้นส่วน ตัวอย่างเช่นอ่างความร้อนอลูมิเนียมพิมพ์ 3D สำหรับไฟ LEDสามารถอบชุบด้วยความร้อนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลและประสิทธิภาพการกระจายความร้อน
ความร้อน - การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการบำบัด
การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการบำบัดความร้อนสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการบรรลุคุณสมบัติทางกลที่ต้องการ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการในระหว่างกระบวนการปรับให้เหมาะสม
อุณหภูมิและเวลา
อุณหภูมิความร้อนและเวลาในการแช่เป็นตัวแปรสำคัญในการอบชุบด้วยความร้อน ควรเลือกอุณหภูมิอย่างระมัดระวังโดยพิจารณาจากประเภทของโลหะและโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติที่ต้องการ อุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจทำให้เกรนเติบโตมากเกินไป ซึ่งอาจลดความแข็งแรงและความเหนียวของชิ้นส่วนได้ ในทางกลับกัน อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปอาจไม่เพียงพอที่จะบรรลุการเปลี่ยนแปลงที่ต้องการในโครงสร้างจุลภาค
เวลาในการแช่ก็มีความสำคัญเช่นกัน ควรนานพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระยะและการบรรเทาความเครียดที่จำเป็น อย่างไรก็ตาม การแช่นานเกินไปอาจทำให้เมล็ดพืชเติบโตมากเกินไปและสิ้นเปลืองพลังงาน
อัตราการทำความเย็น
อัตราการทำความเย็นมีผลกระทบอย่างมากต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนที่ได้รับความร้อน ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น อัตราการทำความเย็นที่แตกต่างกันใช้ในการหลอม การทำให้เป็นมาตรฐาน การชุบแข็ง ฯลฯ การเลือกอัตราการทำความเย็นขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะและคุณสมบัติที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น อัตราการทำความเย็นที่ช้าจะใช้ในการหลอมเพื่อให้ได้โครงสร้างที่เป็นเม็ดหยาบ ในขณะที่อัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็วจะใช้ในการชุบแข็งเพื่อสร้างโครงสร้างมาร์เทนซิติกแบบแข็ง
การประยุกต์ใช้ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน
ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วยความร้อน 3 มิติมีการใช้งานที่หลากหลาย ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศขายึดเครื่องยนต์เจ็ทการพิมพ์ SLM 3Dสามารถผ่านกรรมวิธีทางความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนต่อความล้า และสมรรถนะที่อุณหภูมิสูง คุณลักษณะน้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูงของชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยความร้อนทำให้ชิ้นส่วนเหล่านี้เหมาะสำหรับการลดน้ำหนักของส่วนประกอบเครื่องบิน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง
ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วยความร้อน 3 มิติสามารถใช้กับส่วนประกอบเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนระบบกันสะเทือน และส่วนประกอบระบบส่งกำลัง คุณสมบัติทางกลที่ได้รับการปรับปรุงของชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของยานพาหนะได้
ในอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้านั้นขายึดพิมพ์ 3 มิติน้ำหนักเบาและแผงระบายความร้อนสามารถได้รับการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและการนำความร้อน ซึ่งช่วยรับประกันความเสถียรและอายุการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
บทสรุป
การอบชุบด้วยความร้อนถือเป็นขั้นตอนสำคัญในขั้นตอนหลังการประมวลผลชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกล ลดความเค้นตกค้าง และปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคของชิ้นส่วนได้อย่างมาก ในฐานะซัพพลายเออร์การพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะ เรามีประสบการณ์มากมายในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการบำบัดความร้อนสำหรับโลหะและการใช้งานต่างๆ หากคุณสนใจชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติคุณภาพสูงพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม เราพร้อมมอบโซลูชันที่ดีที่สุดให้กับคุณ ติดต่อเราเพื่อขอข้อมูลเพิ่มเติมและหารือเกี่ยวกับความต้องการเฉพาะของคุณ เราหวังว่าจะได้ร่วมงานกับคุณในโครงการต่อไปของคุณ
อ้างอิง
- คู่มือ ASM เล่มที่ 4: การอบชุบด้วยความร้อน เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล
- Metals Handbook Desk Edition ฉบับที่ 3 เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล
- หลักการและเทคนิคการรักษาความร้อน โดย David A. Woodford