El propósito principal de usar hornos de sinterización a alta temperatura después del Fusión Láser Selectiva (SLM) es mitigar las considerables tensiones residuales internas inherentes al proceso de impresión. Al someter las piezas a tratamientos térmicos controlados de recocido o alivio de tensiones, estos hornos pueden reducir las tensiones internas hasta en un 70%, evitando posibles deformaciones o fallos de la pieza. Más allá del alivio de tensiones, este paso es fundamental para optimizar la estructura de grano microscópica del material para garantizar una ductilidad y resistencia a la fatiga adecuadas.
Conclusión Clave: Si bien SLM crea piezas casi completamente densas, los ciclos térmicos rápidos las dejan estructuralmente comprometidas. El tratamiento térmico de postprocesamiento es el paso definitivo requerido para estabilizar el componente, aliviando la tensión interna y desbloqueando las propiedades mecánicas objetivo del material.
Resolviendo el Desafío del Estrés Residual
El Subproducto de la Solidificación Rápida
La fabricación SLM implica ciclos extremadamente rápidos de fusión y solidificación. Si bien esto permite geometrías complejas, inevitablemente atrapa tensiones residuales significativas dentro del material.
Logrando Estabilidad
Sin intervención, estas fuerzas internas pueden hacer que las piezas se deformen, agrieten o fallen prematuramente. Se utiliza un horno de atmósfera controlada para realizar el recocido, que relaja la estructura del material.
El Punto de Referencia del 70%
Según datos de la industria, un tratamiento térmico adecuado puede reducir estas peligrosas tensiones internas hasta en un 70%. Este es el requisito de referencia para producir un componente geométricamente estable y confiable.
Optimizando la Microestructura y el Rendimiento
Refinando la Estructura de Grano
El tratamiento térmico hace más que simplemente relajar la pieza; reorganiza activamente el material a nivel microscópico. El proceso optimiza la estructura de grano microscópica, corrigiendo irregularidades causadas por la trayectoria del láser.
Mejorando la Ductilidad y la Resistencia a la Fatiga
Una pieza tratada se comporta de manera diferente bajo carga que una pieza recién impresa. Al refinar la estructura de grano, el tratamiento del horno mejora significativamente tanto la ductilidad (la capacidad de deformarse sin romperse) como la resistencia a la fatiga (resistencia a la carga cíclica).
Reduciendo la Porosidad
Aunque las piezas SLM son densas, rara vez son perfectas. El calentamiento posterior ayuda a minimizar la porosidad restante, solidificando aún más la integridad interna del componente.
Mecanismos de Tratamiento Avanzados
Eliminando la Segregación Química
Se utilizan tratamientos de solución de alta precisión (por ejemplo, a 840 °C) para homogeneizar el material. Esto elimina la segregación de la composición química, asegurando que los elementos de la aleación se distribuyan uniformemente por toda la pieza.
Fortalecimiento Mediante Precipitación
Para aplicaciones de alto rendimiento, se emplean tratamientos de envejecimiento (por ejemplo, a 520 °C). Esto promueve la precipitación uniforme de compuestos intermetálicos nanométricos, como Ni3(Mo, Ti), dentro de la matriz.
El Resultado del Envejecimiento
Este mecanismo de precipitación es esencial para endurecer el material. Mejora significativamente la resistencia mecánica y la dureza generales, llevando la pieza más allá de las capacidades del estado "recién impreso".
Comprendiendo las Compensaciones
El Requisito de Precisión
No cualquier horno servirá. Dado que procesos como el tratamiento de solución y el envejecimiento requieren puntos de ajuste de temperatura específicos (por ejemplo, exactamente 840 °C o 520 °C), el control de temperatura de alta precisión es obligatorio para evitar arruinar la microestructura.
Tiempo de Procesamiento y Costo
La integración del tratamiento térmico a alta temperatura añade un paso de postprocesamiento distinto, aumentando el tiempo total de producción y el costo por pieza. Transforma SLM de un proceso de "imprimir y listo" a un flujo de trabajo de fabricación de múltiples etapas.
Tomando la Decisión Correcta para su Objetivo
Para maximizar el valor de sus componentes SLM, alinee su estrategia de tratamiento térmico con sus requisitos de ingeniería específicos:
- Si su enfoque principal es la Estabilidad Geométrica: Priorice el recocido de alivio de tensiones inmediatamente después de la impresión para mitigar el 70% de las tensiones internas que conducen a la deformación.
- Si su enfoque principal es la Máxima Resistencia Mecánica: Implemente un ciclo de dos etapas que incluya tratamiento de solución para homogeneizar la aleación, seguido de envejecimiento para precipitar compuestos intermetálicos para la dureza.
El tratamiento térmico no es simplemente un paso correctivo para SLM; es el catalizador final que transforma una forma impresa en un componente funcional de grado de ingeniería.
Tabla Resumen:
| Fase del Tratamiento Térmico | Objetivo Principal | Beneficio Típico |
|---|---|---|
| Recocido de Alivio de Tensiones | Mitigar tensiones residuales internas | Hasta un 70% de reducción de tensiones/deformaciones |
| Refinamiento de Grano | Optimización de la microestructura | Mejora de la ductilidad y la resistencia a la fatiga |
| Tratamiento de Solución | Eliminar la segregación química | Composición del material homogeneizada |
| Tratamiento de Envejecimiento | Endurecimiento por precipitación | Máxima resistencia mecánica y dureza |
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Referencias
- Chor Yen Yap, Swee Leong Sing. Review of selective laser melting: Materials and applications. DOI: 10.1063/1.4935926
Este artículo también se basa en información técnica de Kintek Solution Base de Conocimientos .
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