ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D ทั้งหมดจำเป็นต้องมีการอบชุบหรือไม่?

1. งานหลักของการบำบัดความร้อนคือการกำจัดข้อบกพร่องและทำให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้ดีขึ้น
กระบวนการทำความร้อน ฉนวน และความเย็นสามารถปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติได้อย่างมากด้วยการบำบัดความร้อน ทำให้ชิ้นส่วนทำงานได้ดีขึ้นโดยรวม
การกำจัดความเค้นตกค้าง: การระบายความร้อนและการแข็งตัวที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการพิมพ์สามารถทำให้เกิดความเค้นตกค้างภายในชิ้นงานได้ง่าย ซึ่งอาจทำให้โค้งงอหรือแตกหักได้ การระบายความร้อนอย่างช้าๆ ตลอดกระบวนการหลอมอาจช่วยลดความเครียดได้ ตัวอย่างเช่น หลังจากการหลอม อัตราการลดความเค้นของชิ้นส่วนโครงสร้างการบินและอวกาศอาจมากกว่า 80%
การเพิ่มคุณสมบัติทางกล: การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาร่วมกันสามารถทำให้สิ่งต่าง ๆ ยากขึ้นและแข็งแกร่งขึ้นมาก ตัวอย่างเช่น หลังจากการดับแล้ว สแตนเลส 316L จะแข็งขึ้น 30% และทนทานต่อการสึกหรอมากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่ต้องรับน้ำหนักมาก
การปรับแต่งเกรน: กระบวนการตกผลึกซ้ำตามทิศทางจะจัดการการไล่ระดับความร้อนเพื่อหลอมเกรนเล็กๆ ให้เป็นผลึกแบบเรียงเป็นแนว ทำให้วัสดุสามารถต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูงได้ดีขึ้น การวิจัยของ MIT บ่งชี้ว่าหลังการบำบัดด้วยการตกผลึกซ้ำตามทิศทาง ขนาดเกรนของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงที่มีนิกเกิล-เป็น-จะเพิ่มขึ้นตามขนาดหลายขนาด และอายุการคืบจะคงอยู่นานกว่ามาก
การรักษาความหนาแน่น: การกดด้วยความร้อน (HIP) จะกำจัดรูขุมขนภายในโดยใช้อุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ทำให้ความหนาแน่นของวัสดุเกือบ 100% ตัวอย่างเช่น การรักษา HIP ช่วยยืดอายุความล้าในรอบต่ำของจานกังหันในเครื่องยนต์เครื่องบินจาก 5,000 รอบเป็น 20,000 รอบ
2. สถานการณ์ที่ไม่มีการบำบัดความร้อน: การปรับปรุงคุณลักษณะและกระบวนการของวัสดุ
แม้ว่าการบำบัดความร้อนจะมีประโยชน์มากมาย แต่ส่วนประกอบก็สามารถนำมาใช้ได้ทันทีโดยไม่ต้องทำงานเพิ่มเติมใดๆ ในสถานการณ์ต่อไปนี้:
ชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการความเค้นมาก: หากโครงสร้างชิ้นส่วนเป็นพื้นฐาน ขนาดพอเหมาะ และไม่สนใจความเค้นตกค้าง คุณไม่จำเป็นต้องอบอ่อน ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีการตกแต่งเล็กน้อยหรือ-รับน้ำหนัก-ไม่มีแนวโน้มที่จะบิดเบี้ยวและไม่ทำให้การอบชุบด้วยความร้อนคุ้มค่ากับเงินที่เสียไป
การผสมผสานระหว่างวัสดุและกระบวนการที่แตกต่างกัน: วัสดุบางชนิดได้สร้างโครงสร้างจุลภาคที่สมบูรณ์แบบขณะพิมพ์ ตัวอย่างเช่น เทคนิคการหลอมด้วยลำอิเล็กตรอนแบบเลือกสรร (EBSM) จะเย็นลงช้ากว่า ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยโลหะผสมไทเทเนียม (Ti6Al4V) จะไม่หยาบ ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์เนื่องจากจำเป็นต้องเข้ากันได้ทางชีวภาพ
สถานการณ์สำหรับการให้ความสำคัญกับคุณภาพพื้นผิว: หากชิ้นส่วนจำเป็นต้องมีความเรียบเนียนมาก การอบชุบด้วยความร้อนอาจทำให้ชิ้นส่วนออกซิไดซ์หรือเปลี่ยนรูปร่างได้ ณ จุดนี้ การรักษาความร้อนสามารถแทนที่ได้ด้วยวิธีการรักษาพื้นผิว รวมถึงการขัดด้วยสารเคมีและการขัดด้วยเลเซอร์ หลังจากการขัดเงาด้วยไฟฟ้าเคมี ความหยาบพื้นผิวของการปลูกถ่ายโลหะผสมไททาเนียมที่มีรูพรุนจะลดลงจาก 6–12 μm เป็น 0.2–1 μm โดยไม่จำเป็นต้องผ่านการบำบัดความร้อนอีกต่อไป
การตรวจสอบการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว: การอบชุบด้วยความร้อนอาจทำให้วงจรการพัฒนานานขึ้นในขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น บานพับแบบยืดหยุ่นในตัวในกลุ่มอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคต้องการให้ชิ้นส่วนต้นแบบถูกสร้างขึ้นอย่างรวดเร็ว และการใช้ชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาโดยตรงสามารถเร่งกระบวนการตรวจสอบให้เร็วขึ้นได้
3. กรอบการตัดสินใจ: ค้นหาสมดุลที่เหมาะสมระหว่างประสิทธิภาพ ต้นทุน และประสิทธิภาพ
จำเป็นต้องพิจารณาตัวแปรต่อไปนี้อย่างละเอียดเพื่อตัดสินใจว่าจะทำการบำบัดความร้อนหรือไม่:
ข้อกำหนดด้านการทำงาน: ชิ้นส่วนการบินและอวกาศจะต้องสามารถรับมือกับอุณหภูมิและความเครียดอันมหาศาลได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการบำบัดความร้อนจึงมีความสำคัญ
การปลูกถ่ายทางการแพทย์จำเป็นต้องแข็งแรงและปลอดภัยต่อร่างกาย และการอบอ่อนหรือการรักษาสะโพกสามารถช่วยให้ทำงานได้ดีขึ้น
หากสิ่งเดียวที่สำคัญคือลักษณะของประติมากรรมหรือชิ้นส่วนจัดแสดง คุณสามารถข้ามการบำบัดด้วยความร้อนเพื่อประหยัดเงินได้
โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงที่มีนิกเกิล-เป็น-มีแนวโน้มที่จะแตกร้าว ดังนั้นจึงต้องมีสารละลายที่เป็นของแข็งและมีการดูแลรักษาตามอายุเพื่อให้มีความแข็งมากขึ้น
ชิ้นส่วนที่ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ (เช่น AlSi10Mg) มีเม็ดเล็กจิ๋วซึ่งทำให้มีน้ำหนักเบาทันที
ประเภทของกระบวนการ: กระบวนการหลอมด้วยผงเบด (PBF) จำเป็นต้องได้รับการอบอ่อน เนื่องจากจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วและทิ้งความตึงเครียดไว้มากมาย
เนื่องจากมีอินพุตความร้อนสูงและระดับความเครียดต่ำ เทคนิคการสะสมพลังงานโดยตรง (DED) จึงช่วยลดความจำเป็นในการบำบัดความร้อน
ขีดจำกัดต้นทุน: อุปกรณ์ HIP มีราคาแพงในการซื้อและใช้งาน ซึ่งทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับธุรกิจขนาดเล็กและขนาดกลาง-ที่จะสามารถซื้อได้ พวกเขาจำเป็นต้องหาจุดประนีประนอมระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน
การอบชุบส่วนประกอบโครงสร้างที่ซับซ้อนด้วยความร้อนอาจทำให้รูปร่างเปลี่ยนแปลงได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ควรใช้การเพิ่มประสิทธิภาพการจำลองเพื่อสนับสนุนการออกแบบและเพิ่มค่าใช้จ่ายด้านการวิจัยและพัฒนา