1 Độ bền và độ dẻo dai của nhiệt độ cao
Trong ngành hàng không vũ trụ, hiệu suất của vật liệu được đánh giá nhiều dựa trên độ bền và độ dẻo dai trong điều kiện nhiệt độ cao. Đối với in 3D kim loại, vật liệu nhiệt độ cao phải có khả năng duy trì đủ độ bền và độ dẻo dai ngay cả ở nhiệt độ rất cao - trên 1000 độ C. Ngoài điểm nóng chảy cao của vật liệu, điều này đòi hỏi phải có cấu trúc tinh thể và vi cấu trúc ổn định ở nhiệt độ cao để tránh hư hỏng do biến dạng nhiệt hoặc mỏi nhiệt.
Ví dụ, lĩnh vực hàng không vũ trụ đã sử dụng rộng rãi các hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken bao gồm In625 và In718 vì độ bền và độ bền nhiệt độ cao vượt trội của chúng. Sử dụng công nghệ in 3D kim loại, những hợp kim này có thể được chế tạo thành các bộ phận có hình dạng phức tạp, như cánh tuabin động cơ và buồng đốt, chạy ở nhiệt độ cực cao và yêu cầu vật liệu có hiệu suất nhiệt độ cao cao.
2 Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn
Phản ứng giữa vật liệu và oxy sẽ tăng tốc ở nhiệt độ cao, gây ra quá trình oxy hóa và ăn mòn. Do đó, để kéo dài tuổi thọ của các bộ phận, vật liệu nhiệt độ cao để in 3D kim loại phải có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao. Vật liệu phải phát triển một màng oxit ổn định ở nhiệt độ cao để ngăn oxy ăn mòn thêm vật liệu nền và do đó cải thiện hiệu suất chống oxy hóa. Vật liệu có khả năng chống ăn mòn phải giữ được hiệu suất tốt trong các điều kiện đòi hỏi khắt khe bao gồm nhiệt độ cao, áp suất lớn và chất lỏng ăn mòn.
Việc sử dụng công nghệ in 3D kim loại cho phép các vật liệu thường được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ - chẳng hạn như hợp kim titan và thép không gỉ - được tối ưu hóa cho cấu trúc vi mô của chúng và được tăng cường khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Ví dụ, nhiệt độ và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của hợp kim titan khiến nó trở nên khá phổ biến trong lĩnh vực máy bay. Các công trình phức tạp và phức tạp hơn được thực hiện nhờ công nghệ in 3D giúp tăng khả năng chống ăn mòn của các bộ phận.
3 Hệ số giãn nở nhiệt và độ ổn định
Độ ổn định nhiệt tốt là một yêu cầu khác đối với vật liệu nhiệt độ cao để in 3D kim loại; nghĩa là hiệu suất của vật liệu sẽ không thay đổi nhiều theo thời gian ở nhiệt độ cao. Để ngăn ngừa tình trạng giảm hiệu suất do lão hóa nhiệt, điều này đòi hỏi vật liệu phải có cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học ổn định ở nhiệt độ cao. Vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định kích thước và độ chính xác lắp ráp của các bộ phận ở nhiệt độ cao nên hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu cũng là một vấn đề quan trọng cần lưu ý.
Theo nghĩa này, hợp kim nhiệt độ cao dựa trên niken và sắt khá thành công. Ở nhiệt độ cao, chúng không chỉ có hệ số giãn nở nhiệt thấp mà còn có độ ổn định nhiệt cao, nhờ đó đảm bảo độ ổn định kích thước và độ chính xác lắp ráp của các bộ phận trong môi trường xung quanh như vậy. Những tính năng này làm cho hợp kim nhiệt độ cao gốc sắt và niken trở thành lựa chọn lý tưởng cho vật liệu nhiệt độ cao in 3D kim loại trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
4 Nhu cầu xử lý hậu kỳ và xử lý nguyên liệu
Mặc dù công nghệ in 3D kim loại mang lại sự tự do thiết kế tuyệt vời nhưng hiệu suất xử lý và nhu cầu xử lý hậu kỳ của vật liệu vẫn phải được tính đến khi xử lý vật liệu ở nhiệt độ cao. Điểm nóng chảy cao và khả năng chảy kém của vật liệu nhiệt độ cao đòi hỏi các tiêu chuẩn cao về máy in và các thông số quy trình. Do đó, khả năng chảy bột vượt trội, đặc tính nóng chảy và hóa rắn cũng như sự phát triển cấu trúc vi mô có thể dự đoán được là những yêu cầu đối với vật liệu nhiệt độ cao in 3D kim loại.
Hơn nữa, hiện có nhu cầu xử lý hậu kỳ khá lớn đối với các vật liệu nhiệt độ cao trong in 3D kim loại. Cần có các kỹ thuật xử lý nhiệt thích hợp để loại bỏ ứng suất dư, tối đa hóa cấu trúc vi mô và tăng hiệu suất vì vật liệu ở nhiệt độ cao rất nhạy cảm với biến dạng nhiệt và nứt ở nhiệt độ cao. Đối với các bộ phận có hình dạng hình học phức tạp, phương pháp xử lý bề mặt và gia công chính xác cũng giúp đáp ứng các tiêu chí thiết kế.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html