ما هي السبائك عالية الحرارة الأكثر استخدامًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد SLM؟

سبائك النيكل الفائقة: القوة العاملة الأساسية

تسيطر سبائك النيكل الفائقة على تقنية SLM (الانصهار الانتقائي بالليزر) للتطبيقات عالية الحرارة نظرًا لقوتها الممتازة ومقاومتها للزحف وقابليتها للحام. تشمل السبائك الأكثر شيوعًا والأكثر توصيفًا:

• إنكونيل 718: أكثر سبائك فائقة مطبوعة ثلاثيًا انتشارًا. تقدم مزيجًا استثنائيًا من القوة العالية حتى ~650 درجة مئوية، ومقاومة جيدة للإجهاد، وقابلية ممتازة للمعالجة. استجابتها البطيئة نسبيًا للتصلب بالشيخوخة تقلل من خطر التشقق أثناء الطباعة، مما يجعلها مثالية لمجموعة واسعة من مكونات الفضاء والطيران والنفط والغاز.

• إنكونيل 625: تُقدر لمقاومتها الفائقة للتآكل والأكسدة بدلاً من القوة القصوى. يمكن طباعتها بسهولة وتُستخدم للمكونات الثابتة وقنوات التوصيل ومبادلات الحرارة في البيئات العدوانية، بما في ذلك تطبيقات البحرية والمعالجة الكيميائية.

• هاينز 282 و CM247LC: تمثل هذه السبائك أكثر تقدمًا وقدرة على تحمل درجات حرارة أعلى. بينما تكون طباعتها أكثر صعوبة بسبب حساسيتها للتشقق، فإن معلمات SLم المحسنة والمعالجة اللاحقة تجعلها مناسبة لريش التوربينات ومكونات غرف الاحتراق التي تعمل خارج حدود إنكونيل 718.

سبائك الكوبالت-الكروم للتآكل والتوافق الحيوي

تعد سبائك الكوبالت فئة رئيسية أخرى، وتُقدر لمقاومتها الاستثنائية للتآكل وتوافقها الحيوي واستقرارها في درجات الحرارة العالية.

• CoCrMo (ASTM F75): شائعة للغاية في كل من صناعة الفضاء للأجزاء المعرضة للتآكل وفي المجال الطبي للزرعات. تجعل صلابتها العالية ومقاومتها للتآكل منها معيارًا لقطع أختام التوربينات المطبوعة بتقنية SLM، وأطر الأسنان، والزرعات العظمية.

• هاينز 188: سبيكة من الكوبالت والنيكل والكروم والتنغستن تقدم مقاومة استثنائية للأكسدة وقوة جيدة حتى ~1100 درجة مئوية. تُستخدم في بطانة غرف الاحتراق لصناعة الفضاء والطيران والمكونات الثابتة الأخرى عالية الحرارة.

سبائك التيتانيوم لتطبيقات القوة العالية المحددة

بينما تكون درجة حرارة استخدامها القصوى (~600 درجة مئوية) أقل من السبائك الفائقة، إلا أن سبائك التيتانيوم حاسمة للتطبيقات التي تتطلب نسبة عالية من القوة إلى الوزن.

• Ti-6Al-4V (الصنف 5): أكثر سبائك التيتانيوم شيوعًا في جميع تقنيات التصنيع الإضافي. تُستخدم على نطاق واسع للمكونات الخفيفة الوزن وعالية القوة في صناعة الفضاء مثل الأقواس والغلافات وبعض أجزاء الضاغط. قابليتها للطباعة ممتازة.

• Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242): تقدم مقاومة أفضل للزحف وقدرة على تحمل درجات حرارة أعلى من Ti-6Al-4V، مما يجعلها مناسبة لمكونات المحرك الأكثر تطلبًا.

الفولاذ المقاوم للصدأ المتخصص والمعادن الحرارية

لنطاقات درجات حرارة وخصائص محددة، تُستخدم سبائك أخرى:

• 17-4PH و 15-5PH: تُطبع عادةً سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ المتصلبة بالترسيب للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل ودرجات حرارة تصل إلى ~315 درجة مئوية، مثل الأدوات وبعض أغلفة المحركات.

• المعادن الحرارية (مثل التنتالوم، التنغستن): تُستخدم في البيئات القصوى (مثل >2000 درجة مئوية) لفوهات الصواريخ أو مكونات الأفران. معالجة هذه المواد بتقنية SLM متخصصة للغاية بسبب نقاط انصهارها المرتفعة للغاية.

اعتبارات رئيسية لقابلية المعالجة بتقنية SLM

يتأثر "الاستخدام الشائع" لسبيكة في تقنية SLM بشكل كبير بقابليتها للحام وحساسيتها للتشقق. غالبًا ما تكون السبائك ذات المحتوى العالي من الألومنيوم والتيتانيوم (لتقوية جاما برايم) عرضة للتشقق أثناء التصلب والتشقق الناتج عن إجهاد الشيخوخة خلال الدورات الحرارية السريعة للطباعة. لذلك، غالبًا ما تكون سبائك SLM المستخدمة على نطاق واسع مثل إنكونيل 718 و 625 هي أنواع "قابلة للحام". تتطلب الطباعة الناجحة للسبائك الأكثر تقدمًا عادةً تحسينًا دقيقًا للمعاملات، وتسخينًا مسبقًا لمنصة البناء، ومعالجة لاحقة إلزامية بالكبس المتساوي الساخن (HIP) والمعالجة الحرارية لتحقيق الخصائص المطلوبة.