Totes les peces metàl·liques impreses en 3D requereixen tractament tèrmic?

1. La funció principal del tractament tèrmic és eliminar els defectes i fer que les coses funcionin millor.
Els processos d'escalfament, aïllament i refrigeració poden millorar considerablement la microestructura de les peces metàl·liques impreses en 3D mitjançant tractament tèrmic. Això fa que les peces funcionin millor en general.
Desfer-se de l'estrès residual: el refredament i la solidificació desiguals durant la impressió poden provocar fàcilment tensió residual a l'interior de les peces, la qual cosa pot provocar que es dobleguen o es trenquin. Un refredament lent durant el procés de recuit pot ajudar a alleujar l'estrès. Després del recuit, per exemple, la taxa de reducció de tensió de les peces estructurals aeroespacials podria ser superior al 80%.
Millora de les propietats mecàniques: la trempada i el tremp junts poden fer que les coses siguin molt més dures i més fortes. Per exemple, després de l'extinció, l'acer inoxidable 316L és un 30% més dur i més resistent al desgast, per la qual cosa és bo per a peces mecàniques que han de suportar molt de pes.
Refinament del gra: el procés de recristal·lització direccional gestiona el gradient tèrmic per fusionar petits grans en cristalls columnars. Això fa que el material sigui més capaç de resistir la fluïdesa a altes temperatures. La investigació del MIT indica que després del tractament de recristal·lització direccional, la mida del gra dels aliatges d'alta-temperatura basats en níquel-creix en diversos ordres de magnitud i la vida de fluència dura molt més.
Tractament per a la densificació: el premsat isostàtic en calent (HIP) elimina els porus interns mitjançant l'ús d'alta temperatura i alta pressió. Això fa que la densitat del material sigui gairebé el 100%. Per exemple, el tractament HIP ha millorat la vida útil de baix cicle de fatiga dels discos de turbina en motors d'avions de 5.000 cicles a 20.000 cicles.
2. Situacions sense tractament tèrmic: millora de les característiques dels materials i dels processos
Tot i que el tractament tèrmic té molts avantatges, els components es poden utilitzar immediatament sense cap treball addicional en les situacions següents:
Peces que no necessiten molta tensió: si l'estructura de la peça és bàsica, la mida és modesta i no li importa la tensió residual, no cal que la recuites. Per exemple, és probable que les peces decoratives menors o que no suporten-càrrega-les peces estructurals es distorsionin i no fan que el tractament tèrmic valgui la pena.
Diferents combinacions de materials i processos: alguns materials han creat microestructures perfectes mentre s'imprimeixen. Per exemple, la tècnica de fusió selectiva del feix d'electrons (EBSM) es refreda més lentament, cosa que significa que les peces impreses d'aliatge de titani (Ti6Al4V) no són tan gruixudes, cosa que és bo per als implants mèdics perquè han de ser biocompatibles.
Escenari per prestar atenció a la qualitat de la superfície: si la peça ha de ser molt llisa, el tractament tèrmic podria provocar que s'oxidi o canviï de forma. En aquest punt, el tractament tèrmic es pot substituir per mètodes de tractament de superfícies, com ara el polit químic i el poliment làser. Després del poliment electroquímic, la rugositat superficial dels implants d'aliatge de titani porós cau de 6-12 μm a 0,2-1 μm sense necessitat de cap tractament tèrmic més.
Verificació del prototipat ràpid: el tractament tèrmic pot allargar el cicle de desenvolupament en l'etapa de disseny del producte. Per exemple, la frontissa flexible integrada a l'àrea d'electrònica de consum necessita que els seus prototips es facin ràpidament, i l'ús de peces impreses directament pot accelerar el procés de verificació.
3. Un marc per prendre decisions: trobar l'equilibri adequat entre rendiment, cost i eficiència
Cal fer una ullada a fons a les variables següents per decidir si es fa o no un tractament tèrmic:
Requisits funcionals: les peces aeroespacials han de ser capaços de suportar temperatures i tensions tremendes, per això és important el tractament tèrmic.
Els implants mèdics han de ser forts i segurs per al cos, i el recuit o el tractament de la maluc poden ajudar-los a funcionar millor.
Si l'únic que importa és com es veuen les escultures d'art o les peces d'exhibició, es pot saltar el tractament tèrmic per estalviar diners.
És probable que els aliatges d'alta-temperatura basats en níquel-s'esquerdin, per la qual cosa necessiten una solució sòlida i un tractament d'envelliment per fer-los més resistents.
Les peces fetes d'aliatge d'alumini (com AlSi10Mg) contenen grans microscòpics, cosa que els fa lleugers de seguida.
Tipus de procés: el procés de fusió en llit de pols (PBF) ha de ser recuit, ja que es refreda ràpidament i deixa molta tensió.
Com que té una entrada de calor elevada i un nivell d'estrès baix, la tècnica de deposició d'energia dirigida (DED) redueix la necessitat de tractament tèrmic.
Límits de costos: els equips HIP són cars de comprar i d'executar, la qual cosa dificulta que les empreses petites i mitjanes{0}}s'ho permetin. Han de trobar un compromís entre rendiment i cost.
El tractament tèrmic de components estructurals complicats pot fer que canviïn de forma. Per evitar-ho, s'hauria d'utilitzar l'optimització de la simulació per donar suport al disseny i augmentar les despeses de recerca i desenvolupament.