1 Kõrge temperatuuri tugevus ja sitkus
Lennundustööstuses hinnatakse materjali jõudlust kõrgel temperatuuril tugevuse ja sitkuse järgi. Metallist 3D-printimiseks peavad kõrge temperatuuriga materjalid suutma säilitada piisavalt tugevust ja sitkust isegi väga kõrgetel temperatuuridel – üle 1000 kraadi C. Lisaks aine enda kõrgele sulamistemperatuurile nõuab see stabiilset kristallstruktuuri ja mikrostruktuuri kõrgetel temperatuuridel, et vältida termilise deformatsiooni või termilise väsimuse põhjustatud rikkeid.
Näiteks on lennundussektor laialdaselt kasutanud niklipõhiseid kõrgtemperatuurilisi sulameid, sealhulgas In625 ja In718 nende silmapaistva tugevuse ja sitkuse tõttu kõrgel temperatuuril. Metallist 3D-printimise tehnoloogiat kasutades saab nendest sulamitest valmistada keeruka geomeetriaga komponente, nagu mootori turbiinilabad ja põlemiskambrid, mis töötavad tohututel temperatuuridel ja nõuavad suurepäraseid kõrge temperatuuriga materjale.
2 Vastupidavus oksüdatsioonile ja korrosioonile
Materjalide ja hapniku vaheline reaktsioon kiireneb kõrgel temperatuuril, põhjustades oksüdatsiooni ja korrosiooni. Komponentide kasutusea pikendamiseks peavad metallist 3D-printimiseks kasutatavad kõrge temperatuuriga materjalid olema suure oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlusega. Materjal peab kõrgel temperatuuril moodustama stabiilse oksiidkile, et vältida hapniku edasist substraadi materjali korrodeerimist ja seeläbi parandada antioksüdantide toimet. Korrosioonikindlad materjalid peavad säilitama head jõudlust nõudlikes tingimustes, sealhulgas kõrgel temperatuuril, suurel rõhul ja söövitavatel vedelikel.
Metalli 3D-printimise tehnoloogia kasutamine võimaldab kosmosesektoris sageli kasutatavaid materjale, nagu titaanisulamid ja roostevaba teras, optimeerida nende mikrostruktuuri jaoks ning suurendada nende oksüdatsiooni- ja korrosioonikindlust. Näiteks muudab titaanisulami kõrge temperatuuri- ja korrosioonikindlus lennukisektoris üsna tavaliseks. Keerukamad ja keerukamad konstruktsioonid, mida 3D-printimise tehnoloogiad võimaldavad, aitavad suurendada komponentide korrosioonikindlust.
3 Soojuspaisumise koefitsient ja stabiilsus
Hea termiline stabiilsus on veel üks nõue kõrge temperatuuriga materjalidele metallist 3D-printimiseks; see tähendab, et materjali jõudlus ei muutu kõrgel temperatuuril aja jooksul palju. Termilise vananemise põhjustatud jõudluse vähenemise vältimiseks on materjalil kõrgetel temperatuuridel stabiilne kristallstruktuur ja keemiline koostis. Kuna see mõjutab otseselt komponentide mõõtmete stabiilsust ja montaažitäpsust kõrgetel temperatuuridel, on materjali soojuspaisumistegur samuti ülioluline küsimus.
Selles mõttes on nikli- ja rauapõhised kõrge temperatuuriga sulamid üsna edukad. Kõrgetel temperatuuridel ei ole neil mitte ainult madal soojuspaisumistegur, vaid ka suur termiline stabiilsus, mis tagab sellises keskkonnas komponentide mõõtmete stabiilsuse ja montaaži korrektsuse. Need omadused muudavad raua- ja niklipõhised kõrge temperatuuriga sulamid ideaalseks valikuks kõrge temperatuuriga materjalide metallist 3D-printimiseks lennundussektoris.
4 Järeltöötluse ja materjali käitlemise vajadused
Kuigi metallist 3D-printimise tehnoloogia pakub suurt disainivabadust, tuleb kõrge temperatuuriga materjalide töötlemisel siiski arvestada töötlemisvõime ja materjalide järeltöötluse vajadustega. Kõrge temperatuuriga materjalide kõrge sulamistemperatuur ja halb voolavus nõuavad trükimasinatele ja protsessiparameetritele kõrgeid standardeid. Seega on metallist 3D-printimisel kõrge temperatuuriga materjalide jaoks nõutavad pulbri paremad voolavus, sulamis- ja tahkumisomadused ning prognoositav mikrostruktuuri areng.
Lisaks on metallist 3D-printimisel kõrge temperatuuriga materjalide järele üsna suur järeltöötlusvajadus. Jääkpinge eemaldamiseks, mikrostruktuuri maksimeerimiseks ja jõudluse suurendamiseks on vaja sobivaid kuumtöötlemismeetodeid, kuna kõrge temperatuuriga materjalid on tundlikud termilise deformatsiooni ja kõrgetel temperatuuridel pragunemise suhtes. Keerulise geomeetrilise kujuga komponentide puhul aitavad projekteerimiskriteeriume täita ka pinnatöötlus ja täppistöötlusmeetodid.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html