選択的レーザー溶融（SLM）後の高温焼結炉を使用する主な目的は、印刷プロセスに固有の、かなりの内部残留応力を軽減することです。部品を制御されたアニーリングまたは応力除去熱処理にかけることにより、これらの炉は内部応力を最大70%低減し、部品の歪みや破損の可能性を防ぐことができます。応力除去を超えて、このステップは、十分な延性と疲労強度を確保するために、材料の微細結晶構造を最適化するために重要です。
コアの要点：SLMはほぼ完全に高密度の部品を作成しますが、急速な熱サイクルにより構造的に損傷したままになります。後処理熱処理は、コンポーネントを安定化させ、閉じ込められた張力を解放し、材料の目標機械的特性を解き放すために必要な決定的なステップです。
残留応力の課題の解決
急速凝固の副産物
SLM製造は、非常に急速な溶融および凝固サイクルを伴います。これにより複雑な形状が可能になりますが、必然的に材料内にかなりの残留応力が閉じ込められます。
安定性の達成
介入なしでは、これらの内部力は部品の歪み、亀裂、または早期の破損を引き起こす可能性があります。制御雰囲気炉はアニーリングを実行するために使用され、材料構造をリラックスさせます。
70%のベンチマーク
業界データによると、適切な熱処理により、これらの危険な内部応力を最大70%低減できます。これは、幾何学的に安定した信頼性の高いコンポーネントを製造するためのベースライン要件です。
微細構造とパフォーマンスの最適化
結晶構造の改良
熱処理は、部品をリラックスさせる以上のことを行います。それは微視的なレベルで材料を積極的に再編成します。このプロセスは微細結晶構造を最適化し、レーザーの経路によって引き起こされた不規則性を修正します。
延性と疲労強度の向上
処理された部品は、印刷されたままの部品とは異なり、負荷下での挙動が異なります。結晶構造を改良することにより、炉処理は延性（破損せずに変形する能力）と疲労強度（周期的な負荷に対する耐性）の両方を大幅に向上させます。
気孔率の低減
SLM部品は高密度ですが、完璧であることはめったにありません。後処理加熱は、残りの気孔率を最小限に抑えるのに役立ち、コンポーネントの内部完全性をさらに強化します。
高度な処理メカニズム
化学的偏析の除去
高精度固溶化処理（例：840°C）は、材料を均質化するために使用されます。これにより、化学組成の偏析が排除され、合金の元素が部品全体に均一に分布することが保証されます。
析出による強化
高性能アプリケーションの場合、時効処理（例：520°C）が採用されます。これにより、マトリックス内でのナノメートルサイズの金属間化合物の均一な析出（例：Ni3(Mo, Ti)）が促進されます。
時効の結果
この析出メカニズムは、材料を硬化させるために不可欠です。「印刷されたまま」の状態の能力を超えて、全体的な機械的強度と硬度を大幅に向上させます。
トレードオフの理解
精度要件
任意の炉で十分というわけではありません。固溶化処理や時効処理などのプロセスでは特定の温度設定点（例：正確に840°Cまたは520°C）が必要なため、微細構造を台無しにしないように高精度な温度制御が不可欠です。
処理時間とコスト
高温熱処理の統合は、明確な後処理ステップを追加し、総生産時間と部品あたりのコストを増加させます。これにより、SLMは「印刷して完了」プロセスから多段階製造ワークフローに変わります。
目標に合った正しい選択をする
SLMコンポーネントの価値を最大化するために、熱処理戦略を特定のエンジニアリング要件に合わせてください。
- 主な焦点が幾何学的安定性にある場合：歪みの原因となる内部応力の70%を軽減するために、印刷直後の応力緩和アニーリングを優先してください。
- 主な焦点が最大の機械的強度にある場合：合金を均質化するための固溶化処理と、硬化のための金属間化合物を析出させるための時効処理を含む2段階サイクルを実装してください。
熱処理は、SLMの単なる修正ステップではありません。それは、印刷された形状を機能的なエンジニアリンググレードのコンポーネントに変える最終的な触媒です。
概要表：
| 熱処理フェーズ | 主な目的 | 典型的な利点 |
|---|---|---|
| 応力緩和アニーリング | 内部残留応力の軽減 | 応力/歪みの最大70%低減 |
| 結晶粒微細化 | 微細構造の最適化 | 延性と疲労強度の向上 |
| 固溶化処理 | 化学的偏析の除去 | 均質化された材料組成 |
| 時効処理 | 析出硬化 | 最大の機械的強度と硬度 |
SLMコンポーネントをエンジニアリンググレードの部品に変換する
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参考文献
- Chor Yen Yap, Swee Leong Sing. Review of selective laser melting: Materials and applications. DOI: 10.1063/1.4935926
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .
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