1 Trdnost in žilavost pri visoki temperaturi
V letalski in vesoljski industriji se učinkovitost materiala močno ocenjuje na podlagi trdnosti in žilavosti pri visokih temperaturah. Za kovinsko 3D tiskanje morajo biti visokotemperaturni materiali sposobni vzdrževati dovolj trdnosti in žilavosti tudi pri zelo visokih temperaturah – nad 1000 stopinj C. Poleg visokega tališča same snovi to zahteva stabilno kristalno strukturo in mikrostrukturo pri visokih temperaturah za preprečitev okvare zaradi toplotne deformacije ali toplotne utrujenosti.
Na primer, vesoljski sektor je v veliki meri uporabljal visokotemperaturne zlitine na osnovi niklja, vključno z In625 in In718, zaradi njihove izjemne visokotemperaturne trdnosti in žilavosti. Z uporabo tehnologije 3D-tiskanja kovin je mogoče iz teh zlitin izdelati komponente z zapleteno geometrijo, kot so lopatice motornih turbin in zgorevalne komore, ki delujejo pri izjemnih temperaturah in zahtevajo materiale z odlično zmogljivostjo pri visokih temperaturah.
2 Odpornost proti oksidaciji in koroziji
Reakcija med materiali in kisikom se bo pod visokimi temperaturami pospešila, kar bo povzročilo oksidacijo in korozijo. Za podaljšanje življenjske dobe komponent morajo imeti visokotemperaturni materiali za kovinski 3D-tiskanje visoko odpornost proti oksidaciji in koroziji. Material mora razviti stabilen oksidni film pri visokih temperaturah, da se prepreči nadaljnje razjedanje kisika na materialu substrata in tako izboljša antioksidativno delovanje. Materiali, odporni proti koroziji, morajo ohraniti dobro delovanje v zahtevnih pogojih, vključno z visoko temperaturo, velikim pritiskom in jedkimi tekočinami.
Uporaba kovinske tehnologije 3D-tiskanja omogoča optimizacijo mikrostrukture materialov, ki se pogosto uporabljajo v letalskem in vesoljskem sektorju, kot so titanove zlitine in nerjavno jeklo, ter izboljšano odpornost proti oksidaciji in koroziji. Titanova zlitina je na primer zaradi visoke temperature in odpornosti proti koroziji precej pogosta v letalskem sektorju. Bolj sofisticirane in zapletene konstrukcije, ki jih omogočajo tehnologije 3D tiskanja, pomagajo povečati odpornost komponent proti koroziji.
3 Koeficient toplotnega raztezanja in stabilnost
Dobra toplotna stabilnost je še ena zahteva za visokotemperaturne materiale za kovinsko 3D tiskanje; to pomeni, da se zmogljivost materiala pri visokih temperaturah skozi čas ne bo veliko spreminjala. Da bi preprečili izgubo zmogljivosti zaradi termičnega staranja, mora imeti material stabilno kristalno strukturo in kemično sestavo pri visokih temperaturah. Ker neposredno vpliva na dimenzijsko stabilnost in natančnost sestavljanja komponent pri visokih temperaturah, je tudi koeficient toplotnega raztezanja materiala ključnega pomena.
V tem smislu so visokotemperaturne zlitine na osnovi niklja in železa precej uspešne. Pri visokih temperaturah nimajo le nizkega koeficienta toplotnega raztezanja, temveč tudi veliko toplotno stabilnost, s čimer zagotavljajo dimenzijsko stabilnost in pravilnost montaže komponent v takem okolju. Zaradi teh lastnosti so visokotemperaturne zlitine na osnovi železa in niklja idealna izbira za kovinske 3D-tiskanje visokotemperaturnih materialov v vesoljskem sektorju.
4 Potrebe po naknadni obdelavi in ravnanju z materialom
Medtem ko tehnologija kovinskega 3D-tiskanja ponuja veliko svobodo oblikovanja, je treba pri obdelavi visokotemperaturnih materialov še vedno upoštevati zmogljivost obdelave in potrebe po naknadni obdelavi materialov. Visoka tališča in slaba pretočnost visokotemperaturnih materialov zahtevajo visoke standarde za tiskarske stroje in procesne parametre. Tako so vrhunska pretočnost prahu, lastnosti taljenja in strjevanja ter predvidljiv razvoj mikrostrukture zahteve za visokotemperaturne materiale za 3D tiskanje kovin.
Poleg tega so pri 3D tiskanju kovin prisotne precejšnje potrebe po naknadni obdelavi visokotemperaturnih materialov. Ustrezne tehnike toplotne obdelave so potrebne za odstranitev preostale napetosti, povečanje mikrostrukture in povečanje učinkovitosti, saj so visokotemperaturni materiali občutljivi na toplotno deformacijo in razpoke pri visokih temperaturah. Za sestavne dele z zapletenimi geometrijskimi oblikami medtem površinska obdelava in metode natančne strojne obdelave prav tako pomagajo zadovoljiti oblikovalska merila.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html