العنوان ما مستويات التي يصل إليها 316L و7075 بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
من منظور التصنيع والهندسة، فإن مستويات القوة في الفولاذ المقاوم للصدأ 316L والألمنيوم 7075 بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد هي نتيجة مباشرة للبنى المجهرية الفريدة التي تتشكل من خلال عمليات مثل الانصهار بالليزر المباشر للمعادن (DMLS). من المهم فهم أن خصائص حالة "كما تمت الطباعة" تختلف اختلافًا كبيرًا عن نظيراتها المشغلة بالطرق التقليدية، وتعتمد بدرجة كبيرة على معلمات الطباعة المحددة والمعالجة اللاحقة.
خصائص DMLS للفولاذ المقاوم للصدأ 316L
عادةً ما يُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المنتج بواسطة DMLS قوة أعلى ولكن ليونة أقل قليلاً مقارنةً بنسخته المشغلة حرارياً، وذلك بسبب البنية المجهرية الخلوية الدقيقة للغاية والإجهادات المتبقية الناتجة عن التصلب السريع.
الخصائص الميكانيكية النموذجية في حالة "كما تمت الطباعة" (DMLS):
الحد الأقصى لقوة الشد (UTS): 500 - 700 ميجا باسكال
قوة الخضوع (0.2% Offset): 400 - 550 ميجا باسكال
الاستطالة عند الكسر: 30 - 50%
المقارنة مع الفولاذ 316L المطروق (مُخمر):
UTS: ~485 ميجا باسكال
قوة الخضوع: ~170 ميجا باسكال
الاستطالة: ~40%
الاستنتاج الأساسي: يتمتع 316L المنتج بتقنية DMLS بـقوة خضوع أعلى بكثير (غالبًا أكثر من الضعف) مع الحفاظ على ليونة ممتازة ومقاومة تآكل قوية. وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات المتطلبة في الأجهزة الطبية والطيران والفضاء.
تأثير المعالجة الحرارية: يقلل التخمير لتخفيف الإجهاد من التوترات الداخلية مع انخفاض طفيف في القوة. أما التخمير الكامل (حل التخمير)، فيعيد تبلور البنية المجهرية ويجعل الخصائص أقرب إلى القيم المطروقة، مما يقلل من قوة الخضوع لكنه يستعيد أقصى ليونة.
خصائص DMLS لسبائك الألمنيوم 7075
الوضع بالنسبة للألمنيوم 7075 أكثر تعقيدًا ويمثل تحديًا كبيرًا لتقنيات الانصهار بالليزر. تُعد 7075 سبيكة عالية القوة قابلة للتصلب بالترسيب (مع الزنك كعنصر رئيسي)، وهي عرضة بشدة للتشقق الحراري أثناء التبريد السريع في DMLS.
الخصائص الميكانيكية النموذجية في حالة "كما تمت الطباعة" (DMLS) — في حال تمت المعالجة دون تشقق:
UTS: 200 - 350 ميجا باسكال
قوة الخضوع: 100 - 250 ميجا باسكال
الاستطالة عند الكسر: 1 - 5%
المقارنة مع 7075-T6 المطروقة:
UTS: ~570 ميجا باسكال
قوة الخضوع: ~500 ميجا باسكال
الاستطالة: ~10%
الاستنتاج الأساسي: تتميز 7075 في حالة DMLS بانخفاض حاد في القوة والليونة مقارنة بالمواد المطروقة T6، وغالبًا ما ينتج عنها أجزاء هشة منخفضة الكثافة بسبب التشقق المجهري.
الأساليب المتقدمة والبدائل:
تفعيل الجسيمات النانوية: تتضمن الأبحاث عمليات خاصة لتغطية مسحوق 7075 بجسيمات نانوية (مثل Zr أو TiB₂) لتكوين بنية دقيقة الحبيبات وتقليل التشقق، مما قد يسمح بالوصول إلى قوة شد تصل إلى 500 ميجا باسكال بعد التعتيق.
السبائك البديلة للألمنيوم في DMLS: لهذا السبب، تُعد السبائك القياسية في الصناعة لتقنية DMLS هي AlSi10Mg أو Scalmalloy®.
AlSi10Mg (كما تمت الطباعة + مُعمر): UTS ~400 ميجا باسكال، YS ~250 ميجا باسكال. توفر توازنًا جيدًا بين القوة وخفة الوزن وقابلية الطباعة.
Scalmalloy® (سبيكة Al-Mg-Sc مملوكة): UTS ~520 ميجا باسكال، YS ~480 ميجا باسكال، استطالة ~10%. وهي حاليًا أقوى سبيكة ألمنيوم متاحة لتقنية DMLS ومصممة خصيصًا للتصنيع الإضافي.
الملخص والتأثيرات الهندسية
المادة والحالة | الحد الأقصى لقوة الشد (MPa) | قوة الخضوع (MPa) | الاستطالة (%) |
|---|---|---|---|
316L (DMLS كما تمت الطباعة) | 500 - 700 | 400 - 550 | 30 - 50 |
316L (مطروقة ومخمرة) | ~485 | ~170 | ~40 |
7075 (DMLS كما تمت الطباعة – إن أمكن) | 200 - 350 | 100 - 250 | 1 - 5 |
7075 (مطروقة T6) | ~570 | ~500 | ~10 |
AlSi10Mg (DMLS + معمر) | ~400 | ~250 | ~5 |
Scalmalloy® (DMLS + معمر) | ~520 | ~480 | ~10 |
التوجيه الهندسي:
للتطبيقات الفولاذية عالية القوة: يُعد DMLS 316L خيارًا ممتازًا لأنه يوفر قوة خضوع أعلى من المواد المطروقة. ويستفيد من عملية التخميل للحصول على مقاومة تآكل مثالية.
للتطبيقات الألومنيومية عالية القوة: تجنّب استخدام 7075 القياسي في DMLS. بدلاً من ذلك، استخدم AlSi10Mg لأداء شامل جيد أو Scalmalloy® للحصول على أقصى قوة ممكنة. يمكن تحسين هذه الأجزاء أكثر عبر الأنودة للحماية السطحية.
التحقق دائمًا: تعتمد الخصائص الميكانيكية على العملية المستخدمة. في التطبيقات الحرجة، يجب دائمًا طلب تقارير اختبار المواد من المورد استنادًا إلى معلمات البناء الخاصة بك.
