چالش‌های پیش‌آمده در ساخت افزودنی اینکونل 718 چیست و چگونه می‌توان آنها را حل کرد؟

ساخت افزایشی اینکونل 718 به‌طور مداوم یکی از پیشرفت‌های عمده در صنایعی مانند هوافضا و انرژی باقی مانده است. این موضوع عمدتاً به دلیل مقاومت منحصر به فرد این آلیاژ در برابر حرارت و استحکام آن است. برخلاف ماشین‌کاری معمولی، ساخت افزایشی اینکونل 718 از مزیت ساخت قطعات لایه‌به‌لایه برخوردار است. این قابلیت اجازه می‌دهد تا قطعاتی با طراحی‌ها و هندسه‌های بسیار پیچیده تولید شوند. با این حال، طراحی‌ها و هندسه‌های پیچیده، چالش‌های خاصی را در فرآیند ساخت افزایشی اینکونل 718 ایجاد می‌کنند که شامل کاهش کیفیت محصول، کاهش کارایی در تولید و مشکلات در مدیریت هزینه می‌شود. هرچه صنایع بیشتر از اینکونل 718 افزایشی برای تولید قطعات با کیفیت بالا استفاده کنند، درک بهتری از چالش‌های حل‌نشده وجود خواهد داشت تا بتوان آنها را برطرف کرد. این مقاله به دنبال حل چالش‌های موجود در ساخت افزایشی اینکونل 718 است.

چالش‌های مرتبط با مواد ساخت افزایشی اینکونل 718

یکی از چالش‌های تولید افزودنی آلیاژ اینکونل 718، ویژگی‌های خود این آلیاژ است. اینکونل 718 دارای هدایت حرارتی بالایی است که منجر به تشکیل ساختارهای درونی شکننده می‌شود. این عیوب داخلی شامل ترک‌ها، تخلخل و فازهای شکننده است. کیفیت پودر اینکونل 718 به طور مستقیم بر نتیجه تولید افزودنی تأثیر می‌گذارد و همچنین مورفولوژی پودر نیز مهم است. عواملی مانند پودر نامنظم و آلوده به عنوان یکی از دلایل اصلی مشکلات اتصال لایه‌ها در نظر گرفته می‌شوند.

برای رفع این مسائل، توصیه می‌شود که سازندگان از پودر اینکونل 718 با خلوص بالا و دارای توزیع اندازه ذرات مشخص بین ۱۵ تا ۴۵ میکرومتر استفاده کنند. همچنین پیش‌گرم کردن صفحه ساخت به کاهش گرادیان‌های حرارتی و احتمال ترک خوردن کمک می‌کند. عملیات آنیل محلول‌سازی و پیر شدن، از سوی دیگر، خواص مکانیکی قطعه را پس از پردازش و حذف فاز شکننده بهبود می‌بخشد و به طور کامل در جلوگیری از مشکل فاز شکننده در ساخت افزودنی اینکونل 718 کمک می‌کند.

بهینه‌سازی چالش‌های پارامترهای فرآیند در ساخت افزودنی اینکونل 718.  

در مورد ساخت افزایشی اینکونل 718، پارامترهای فرآیند چالش بزرگ دیگری را ایجاد می‌کنند. توان لیزر، سرعت اسکن، ارتفاع لایه و فاصله بین خطوط همه پارامترهایی هستند که نیاز به کالیبراسیون خاصی دارند و حتی عدم دقت جزئی در این پارامترها می‌تواند منجر به نقص‌های عمده شود. برای مثال، بخشی از لیزر که قدرت بیش از حدی دارد ممکن است باعث ذوب بیش از حد شود و سرعت اسکن که بسیار پایین است می‌تواند منجر به ادغام ناقص شود. یک راه‌حل ممکن برای این مشکل استفاده از سیستم‌های هوشمندی است که قبل از تولید واقعی، شبیه‌سازی و آزمایش متغیرها را برای تولیدکنندگان فراهم می‌کنند. همان‌طور که در ساخت افزایشی مدرن اینکونل 718 رایج است، ابزارهای نظارت در زمان واقعی در سایر سیستم‌های پیشرفته تولید، امکان ردیابی پارامترها و تعیین نسبت دقیقی برای لایه‌ها را فراهم می‌کنند. کنترل تقریباً خودکار و تطبیقی لایه‌ها از طریق تحلیل در زمان واقعی پارامترها و کنترل از پیش تنظیم شده توسط اپراتورها تسهیل می‌شود. فرآیند ساخت افزایشی اینکونل 718 همچنین می‌تواند با دقت آزمایش‌های قطعات کوچک و طراحی شده بهبود یابد که پارامترهای خاصی را تعریف می‌کنند.

چالش‌های کنترل کیفیت در ساخت افزودنی اینکونل 718

یکی از چالش‌های اصلی در ساخت افزودنی آلیاژ اینکونل 718، تضمین کیفیت محصول است. در حین تولید قطعات ساخته‌شده به روش افزودنی، تشخیص نقص‌های داخلی از جمله ترک‌های ریز و تخلخل بسیار دشوار است. روش‌های بازرسی کیفیت تنها قادر به بررسی ظاهری قطعات پیچیده‌ی ساخته‌شده از اینکونل 718 به روش افزودنی نیستند. برای مقابله با این مشکل، فرآیند باید شامل روش‌های پیشرفته‌تری از آزمون غیرمخرب مانند روش‌های تصویربرداری با پرتو ایکس (CT) و اسکن التراسونیک شود. این روش‌ها قادر به تشخیص نقص‌های داخلی هستند و اطمینان حاکم می‌کنند که قطعه معیارهای مورد نیاز را داراست. علاوه بر این، پیاده‌سازی یک سیستم کامل ردیابی داده‌ها به پیگیری فرآیند ساخت افزودنی اینکونل 718 کمک می‌کند. این سیستم بسیار مبتنی بر فرآیند است و در پیگیری و ردیابی داده‌های فرآیند و نتایج بازرسی یاری می‌رساند. این اقدام پیشگیرانه تضمین می‌کند که نقص‌ها در فرآیندهای آتی ساخت افزودنی اینکونل 718 تکرار نخواهند شد.

چالش‌های پس‌پردازش در ساخت افزودنی نیکل-پایه 718

پس‌پردازش در ساخت افزودنی نیکل-پایه 718 بسیار حیاتی است و لازم است به خوبی درک شود، زیرا با چالش‌هایی همراه است. باید توجه داشت که قطعات باید به‌دقت مراحل پس‌پردازش را طی کنند تا ساختارهای نگهدارنده حذف شوند، پرداخت سطح انجام شود و عملیات حرارتی صورت پذیرد. حذف ساختارهای نگهدارنده از قطعات پیچیده نیکل-پایه 718 دشوارتر و زمان‌برتر است و علاوه بر این، احتمال آسیب دیدن قطعه را افزایش می‌دهد.

ساختارهای نگهدارنده را می‌توان با ویژگی‌های برش‌دار طراحی کرد تا پس‌پردازش به‌راحتی انجام شود. به عنوان مثال، می‌توان ساختارهای نگهدارنده را با «پین»‌های نازک طراحی کرد که به راحتی قابل حذف باشند. سطوح ساخت افزودنی نیکل-پایه 718 را می‌توان با سیستم‌های خودکار مانند سنگ‌زنی رباتیک، یکنواخت کرد. طراحی‌های سفارشی عملیات حرارتی پس‌پردازش، تنش پسمانده در ساخت افزودنی نیکل-پایه 718 را کاهش می‌دهند، خواص مکانیکی را بهبود می‌بخشند و از افزودن حرارت اضافی جلوگیری می‌کنند.

نتیجه‌گیری: غلبه بر چالش‌ها برای پیشرفت ساخت افزودنی اینکونل 718

مزایای ساخت افزودنی اینکونل 718 در صنایع چندگانه دقیق بسیار زیاد است و چالش‌هایی که این صنایع با آن مواجه هستند، تعیین‌کننده میزان پیاده‌سازی خواهند بود. غلبه بر چالش‌های خرید مواد اولیه با سرمایه‌گذاری در پودرهای باکیفیت، عملیات حرارتی و بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند از طریق حسگرهای هوشمند تعبیه‌شده، توسعه سیستم‌های NDT و ردیابی برای لایه‌های کنترل فرآیند و اتوماسیون مراحل پس از فرآیند، کار این صنایع را ساده‌تر خواهد کرد. فناوری‌های آینده که کنترل فرآیند استراتژیک و اتوماتیک را یکپارچه می‌کنند، پردازش ساخت افزودنی اینکونل 718 را بهبود خواهند داد. پیاده‌سازی سریع سیستم‌های طراحی‌شده اجازه خواهد داد تا این صنایع ساخت پیشرفته اینکونل 718 را انجام دهند و قطعات پیچیده ایجاد کنند. این امر باعث پیشرفت صنایع چندگانه دقیق در حوزه‌هایی مانند هوافضا و انرژی خواهد شد.