1 Sterkte en taaiheid bij hoge temperaturen
In de lucht- en ruimtevaartindustrie worden materiaalprestaties veel beoordeeld op basis van de sterkte en taaiheid onder omstandigheden met hoge temperaturen. Voor 3D-printen met metaal moeten materialen met hoge temperaturen voldoende sterkte en taaiheid kunnen behouden, zelfs bij zeer hoge temperaturen (van meer dan 1000 graden Celsius). Afgezien van het hoge smeltpunt van de stof zelf, vereist dit een stabiele kristalstructuur en microstructuur. bij hoge temperaturen om defecten veroorzaakt door thermische vervorming of thermische vermoeidheid te voorkomen.
De lucht- en ruimtevaartsector heeft bijvoorbeeld op grote schaal gebruik gemaakt van op nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegeringen, waaronder In625 en In718, vanwege hun uitstekende sterkte en taaiheid bij hoge temperaturen. Met behulp van de 3D-printtechnologie van metaal kunnen van deze legeringen componenten worden vervaardigd met ingewikkelde geometrieën, zoals turbinebladen van motoren en verbrandingskamers, die bij enorme temperaturen werken en materialen vereisen met uitstekende prestaties bij hoge temperaturen.
2 Weerstand tegen oxidatie en corrosie
De reactie tussen materialen en zuurstof versnelt bij hoge temperaturen, waardoor oxidatie en corrosie ontstaat. Om zo de levensduur van de componenten te verlengen, moeten hogetemperatuurmaterialen voor 3D-printen van metaal een grote oxidatie- en corrosieweerstand bezitten. Het materiaal moet bij hoge temperaturen een stabiele oxidefilm ontwikkelen om te voorkomen dat zuurstof het substraatmateriaal verder aantast en zo de antioxiderende werking verbetert. Materialen met corrosieweerstand moeten goede prestaties behouden onder veeleisende omstandigheden, waaronder hoge temperaturen, hoge druk en corrosieve vloeistoffen.
Met behulp van metaal-3D-printtechnologie kunnen de vaak gebruikte materialen in de lucht- en ruimtevaartsector, zoals titaniumlegeringen en roestvrij staal, worden geoptimaliseerd voor hun microstructuur en worden verbeterd wat betreft oxidatie- en corrosieweerstand. De grote temperatuur- en corrosieweerstand van een titaniumlegering maakt het bijvoorbeeld vrij gebruikelijk in de vliegtuigsector. Meer geavanceerde en gecompliceerde constructies, mogelijk gemaakt door 3D-printtechnologieën, helpen de corrosieweerstand van componenten te vergroten.
3 Thermische uitzettingscoëfficiënt en stabiliteit
Goede thermische stabiliteit is een andere vereiste voor materialen met hoge temperaturen voor 3D-printen met metaal; dat wil zeggen dat de prestaties van het materiaal in de loop van de tijd bij hoge temperaturen niet veel zullen variëren. Om prestatieverlies als gevolg van thermische veroudering te voorkomen, is het noodzakelijk dat het materiaal bij hoge temperaturen een stabiele kristalstructuur en chemische samenstelling heeft. Omdat het de maatvastheid en montagenauwkeurigheid van de componenten bij hoge temperaturen rechtstreeks beïnvloedt, is de thermische uitzettingscoëfficiënt van het materiaal ook een cruciaal punt in het achterhoofd.
In deze zin zijn op nikkel gebaseerde en op ijzer gebaseerde hogetemperatuurlegeringen tamelijk succesvol. Bij hoge temperaturen hebben ze niet alleen een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, maar ook een grote thermische stabiliteit, waardoor de maatvastheid en de juiste montage van componenten in dergelijke omgevingen worden gegarandeerd. Deze kenmerken maken op ijzer en nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegeringen de ideale keuze voor het 3D-printen van hogetemperatuurmaterialen met metaal in de lucht- en ruimtevaartsector.
4 Behoeften aan nabewerking en materiaalbehandeling
Hoewel de 3D-printtechnologie voor metaal een grote ontwerpvrijheid biedt, moet er bij de verwerking van materialen met hoge temperaturen nog steeds rekening worden gehouden met de verwerkingsprestaties en de nabewerkingsbehoeften van materialen. Hoge smeltpunten en slechte stroombaarheid van materialen bij hoge temperaturen vereisen hoge normen voor drukmachines en procesparameters. Superieure poedervloeibaarheid, smelt- en stollingseigenschappen, evenals een voorspelbare evolutie van de microstructuur, zijn dus vereisten voor het 3D-printen van metalen op hoge temperatuurmaterialen.
Bovendien zijn er nogal substantiële nabewerkingsbehoeften voor materialen met hoge temperaturen bij het 3D-printen van metaal. Er zijn geschikte warmtebehandelingstechnieken nodig om restspanningen te verwijderen, de microstructuur te maximaliseren en de prestaties te verbeteren, aangezien materialen bij hoge temperaturen gevoelig zijn voor thermische vervorming en scheuren bij hoge temperaturen. Voor componenten met ingewikkelde geometrische vormen helpen oppervlaktebehandeling en precisiebewerkingsmethoden ook om aan ontwerpcriteria te voldoen.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html