Apa keuntungan pemrosesan HIP dalam pasca-pemrosesan pencetakan 3D logam?

1. Menyingkirkan kelemahan internal: beralih dari "porositas" ke "tanpa cacat"
Pemadatan non-kesetimbangan yang dihasilkan oleh pendinginan cepat dapat membuat lubang kecil selama pencetakan 3D logam. Di sisi lain, pembongkaran struktur pendukung atau bubuk yang tidak meleleh seluruhnya dapat menyebabkan penyusutan makroskopis. Cacat ini dapat menyebabkan keretakan, yang sangat memperpendek umur kelelahan komponen. Teknologi HIP memperbaiki cacat menggunakan metode berikut:
Menutup pori-pori dan menggabungkan logam
Ketika bahan logam dipanaskan hingga suhu tinggi (biasanya 0,5 hingga 0,8 kali titik leleh bahan) dan diberi tekanan besar (100 hingga 200 MPa), bahan tersebut menjadi sangat lentur. Tekanan gas menyebabkan logam di sekitar pori-pori berubah bentuk, saling bersentuhan dan membentuk ikatan metalurgi. Hal ini membuat volume pori-pori mengecil hingga hilang. Misalnya, setelah perlakuan HIP, porositas paduan suhu tinggi IN718 yang diproduksi menggunakan teknik SLM meningkat dari 0,8% menjadi 0,02%, sehingga kepadatannya menjadi 99,99%, yang merupakan kebutuhan industri dirgantara untuk memastikan bahan dapat diandalkan.
Penyembuhan retakan mikro
Tekanan termal pada pencetakan 3D logam dapat menyebabkan terjadinya retakan mikro. Tindakan anil-suhu tinggi dari perlakuan HIP menghilangkan tegangan sisa, dan lingkungan-tekanan tinggi membuat ujung patahan membengkok secara plastis, yang menutup retakan dan membuat struktur batas butir stabil. Data eksperimen menunjukkan bahwa perlakuan HIP dapat mengurangi kepadatan retak baja tahan karat 316L sebesar 90% dan meningkatkan ketangguhan patah sebesar 30%.
Memurnikan butiran dan membuat struktur mikro lebih seragam
Proses-suhu tinggi pada HIP sama dengan perlakuan anil, yang dapat menghilangkan struktur kurang dingin atau fase metastabil yang terbentuk saat SLM mendingin dengan cepat. Setelah perlakuan HIP, misalnya, kristal kolumnar kasar dari paduan Ti6Al4V berubah menjadi kristal ekuaks halus, dan ukuran butir berubah dari 50 μm menjadi 10 μm. Hal ini membuat material jauh lebih fleksibel dan tahan terhadap kelelahan.
2. Menjadikan kinerja mekanik lebih baik: menemukan keseimbangan yang tepat antara kekuatan dan ketangguhan
Pemrosesan HIP memiliki dua efek pada karakteristik mekanis komponen cetakan 3D logam:
Kekuatan dan plastisitas berjalan lebih baik jika digabungkan.
Kekuatan material mungkin turun sedikit (biasanya sebesar 5% hingga 15%) setelah perawatan HIP, namun indikator plastisitasnya, seperti elongasi, meningkat pesat. Misalnya, setelah perlakuan HIP, kekuatan tarik paduan aluminium AlSi10Mg yang dihasilkan dengan teknik SLM turun dari 420MPa menjadi 380MPa, namun perpanjangannya meningkat dari 8% menjadi 15%, yang cocok untuk komponen struktural ringan pada mobil.
Peningkatan signifikan dalam kinerja ketahanan lelah
Alasan utama tumbuhnya retak lelah adalah kelemahan internal. Dengan menghilangkan pori-pori dan retakan mikro, perawatan HIP sangat meningkatkan masa pakai komponen. Misalnya, umur kelelahan suhu tinggi paduan IN718 yang diberi HIP pada suhu 650 derajat dan 690MPa telah meningkat dari 50 jam tanpa perlakuan menjadi 173 jam. Hal ini memenuhi persyaratan umur mesin pesawat GE untuk suku cadang penting.
Penghapusan anisotropik
Kualitas ikatan antar lapisan pada pencetakan 3D logam dapat menyebabkan sifat mekanik berbeda dalam arah yang berbeda. Material bekerja dengan cara yang sama ke segala arah ketika diolah dengan HIP, yang menggunakan tekanan seragam 360 derajat. Misalnya, perbedaan koefisien gesekan radial dan aksial antara bola keramik silikon nitrida yang diberi HIP kurang dari 5%, yang jauh lebih baik daripada metode sintering standar.
3. Memperluas cakupan aplikasi: Beralih dari "Tersedia" menjadi "Dapat Diandalkan"
Pemrosesan HIP membantu sisi teknis penggunaan teknologi pencetakan 3D logam dalam skala luas di bidang yang banyak diminati.
Sektor dirgantara
Bilah turbin, ruang bakar, dan bagian lain dari mesin pesawat harus mampu bekerja pada situasi suhu tinggi, tekanan tinggi, dan tegangan tinggi. Perlakuan HIP dapat menghilangkan keretakan tegangan termal yang terjadi ketika proses SLM mendingin terlalu cepat, dan juga dapat membuat material menjadi lebih baik pada-perulangan suhu tinggi. Rolls Royce, misalnya, menggunakan cakram turbin paduan suhu tinggi-berbasis nikel-yang diolah HIP yang menaikkan suhu pengoperasian dari 1200 menjadi 1400 derajat Celsius dan rasio daya dorong-terhadap-berat sebesar 20%.
Bidang implan medis
Implan ortopedi harus kuat dan aman bagi tubuh. Perawatan HIP dapat menghilangkan segregasi fase alfa pada paduan Ti6Al4V, menurunkan kemungkinan kebocoran ion logam, dan membuat material bertahan lebih lama di bawah tekanan. Bukti klinis menunjukkan bahwa tingkat kegagalan implan pinggul yang dilakukan HIP telah berkurang dari 3% menjadi 0,5% setelah satu dekade.
Industri energi dan pelayaran
Bagian-bagian seperti bejana tekan reaktor nuklir dan-penutup sensor laut dalam harus mampu menangani kondisi yang sangat keras. Keramik zirkonia yang diberi perlakuan HIP-dapat menangani tekanan tinggi sebesar 110MPa di laut dalam, dan elemen bahan bakar berlapis silikon karbida-dapat tetap stabil pada suhu tinggi 1200 derajat . Bahan-bahan ini sangat penting untuk teknologi tenaga nuklir generasi keempat.