اخبار شرکت مطالعات نقش گاز بی‌اثر در کیفیت تولید افزودنی را برجسته می‌کند

در دنیای میکروسکوپی تولید افزودنی، ذرات پودر فلز تحت هدایت دقیق پرتوهای لیزر، رقصی پیچیده را اجرا می‌کنند و به تدریج ساختارهای سه‌بعدی نفیسی را شکل می‌دهند. با این حال، گازهای اتمسفری مانند اکسیژن و دی‌اکسید کربن به عنوان مزاحمان ناخوانده کمین کرده‌اند و می‌توانند این باله ظریف را مختل کرده و عملکرد اجزای فلزی نهایی را به خطر بیندازند. برای اطمینان از خلوص و پایداری فرآیند تولید افزودنی، فناوری تولید اتمسفر بی‌اثر به عنوان یک محافظ ضروری برای تولید قطعات فلزی ظهور کرده است.

یک اتمسفر بی‌اثر، همانطور که از نامش پیداست، به یک محیط گازی از نظر شیمیایی غیرفعال اشاره دارد. در تولید افزودنی—به ویژه فرآیندهای همجوشی بستر پودری (PBF)—این اتمسفر محافظ نقش مهمی ایفا می‌کند. در دماهای بالا، پودرهای فلزی به راحتی با گازهای اتمسفری واکنشی (از جمله اکسیژن، نیتروژن، دی‌اکسید کربن و بخار آب) واکنش نشان می‌دهند که منجر به چندین اثر مضر می‌شود:

• اکسیداسیون و نیتریداسیون: واکنش‌های سطحی اکسیدها یا نیتریدها را تشکیل می‌دهند که ترکیب شیمیایی و ریزساختار ماده را تغییر می‌دهند و خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام خستگی را کاهش می‌دهند.
• تشکیل تخلخل: محصولات جانبی واکنش ممکن است در حوضچه مذاب به دام بیفتند و حفره‌هایی ایجاد کنند که تراکم قطعه و یکپارچگی ساختاری را کاهش می‌دهد.
• ناپایداری حوضچه مذاب: گازهای واکنشی بر کشش سطحی و دینامیک سیال در حوضچه مذاب تأثیر می‌گذارند و دقت هندسی و کیفیت سطح را به خطر می‌اندازند.
• کاهش عنصر: عناصر آلیاژی فرار (مانند آلومینیوم و منیزیم) می‌توانند در دماهای بالا تبخیر شوند و باعث انحرافات ترکیبی از مشخصات طراحی شوند.

در نتیجه، ایجاد یک اتمسفر بی‌اثر که گازهای واکنشی را جدا می‌کند، برای اطمینان از کیفیت و عملکرد اجزای تولید شده با افزودنی ضروری می‌شود.

دو گاز بی‌اثر اصلی که در تولید افزودنی استفاده می‌شوند، آرگون (Ar) و نیتروژن (N₂) هستند. انتخاب بین آنها به واکنش‌پذیری مواد، ملاحظات هزینه و الزامات تجهیزات بستگی دارد.

• آرگون: آرگون به عنوان یک گاز نجیب تک اتمی با پایداری شیمیایی استثنایی، به ندرت در واکنش‌های شیمیایی شرکت می‌کند. آرگون که سومین گاز فراوان جوی است، در دسترس بودن گسترده‌ای را با هزینه نسبتاً کم ارائه می‌دهد. این ویژگی‌ها آرگون را به انتخاب ارجح برای اکثر کاربردهای تولید افزودنی—به ویژه برای فلزات واکنشی مانند تیتانیوم و آلومینیوم که در آن جلوگیری از اکسیداسیون و نیتریداسیون ضروری است—تبدیل می‌کند.
• نیتروژن: در حالی که نیتروژن برخی از خواص بی‌اثر را نشان می‌دهد، واکنش‌پذیری آن از آرگون بیشتر است. در دماهای بالا، نیتروژن همچنان ممکن است با برخی از فلزات واکنش نشان دهد و نیتریدها را تشکیل دهد. بنابراین، استفاده از نیتروژن معمولاً به مواد مقاوم در برابر اکسیژن مانند فولادهای ضد زنگ محدود می‌شود. مزیت اصلی نیتروژن در مقایسه با آرگون، هزینه کمتر آن است، اگرچه این امر مستلزم کنترل فرآیند سخت‌گیرانه‌تری برای جلوگیری از تشکیل نیترید است.

سیستم‌های تولید افزودنی رنیشاو از فناوری تخصصی تولید اتمسفر بی‌اثر برای اطمینان از خلوص و پایداری فرآیند استفاده می‌کنند. این فناوری از طریق چندین مرحله کلیدی عمل می‌کند:

1. پیش‌شرط‌سازی خلاء: این سیستم ابتدا هوا و رطوبت را از محفظه ساخت با استفاده از پمپ‌های خلاء تخلیه می‌کند و غلظت اکسیژن و بخار آب را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. این گام مهم، آلاینده‌های چسبیده به سطوح پودر و تجهیزات را حذف می‌کند و محفظه را برای معرفی گاز بی‌اثر آماده می‌کند.
2. تخلیه آرگون: به دنبال عملیات خلاء، آرگون با خلوص بالا محفظه را پر می‌کند تا به سطوح فشار مشخص شده برسد. با حجم محفظه تقریباً 600 لیتر، مقادیر قابل توجهی آرگون برای تخلیه کامل مورد نیاز است. آرگون با خلوص بالا به طور موثر هوای باقیمانده را جابجا می‌کند تا محیط بی‌اثر ایجاد شود.
3. نگهداری اتمسفر: در طول فرآیند ساخت، نظارت مداوم بر اکسیژن، تزریق‌های آرگون تکمیلی را برای حفظ خلوص اتمسفر اطلاع می‌دهد. سیستم‌های رنیشاو محتوای اکسیژن را زیر 1000 ppm (0.1٪) تنظیم می‌کنند و به سطوح زیر 100 ppm (0.01٪) برای فلزات واکنشی مانند تیتانیوم می‌رسند. این کنترل دقیق از آلودگی فلزی در طول ساخت جلوگیری می‌کند.
4. مصرف بهینه گاز: سیستم AM250 با نرخ جریان گاز زیر 30 لیتر در ساعت کار می‌کند و علیرغم استفاده از آرگون، هزینه‌های عملیاتی رقابتی را حفظ می‌کند. این راندمان اقتصادی امکان پذیرش جهانی آرگون را در سراسر مواد فراهم می‌کند و از مصالحه مرتبط با جایگزینی نیتروژن جلوگیری می‌کند و در عین حال کیفیت ثابت قطعه را تضمین می‌کند.

تخلیه آرگون با کمک خلاء رنیشاو مزایای واضحی نسبت به روش‌های جابجایی گاز معمولی نشان می‌دهد. پیش‌شرط‌سازی خلاء به حذف کامل‌تر هوا و رطوبت دست می‌یابد و امکان ایجاد سریع‌تر اتمسفرهای بی‌اثر با خلوص بالا را فراهم می‌کند. مطالعات مقایسه‌ای نشان می‌دهد که تخلیه آرگون با کمک خلاء به سطوح اکسیژن هدف بسیار سریع‌تر از تکنیک‌های شستشوی مستقیم نیتروژن یا آرگون می‌رسد و زمان آماده‌سازی را کاهش می‌دهد و راندمان تولید را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، پیش‌شرط‌سازی خلاء به کاهش مصرف گاز کمک می‌کند و هزینه‌های عملیاتی را بیشتر کاهش می‌دهد.

مدیریت موثر اتمسفر بی‌اثر فراتر از پر کردن ساده گاز است و برای اطمینان از پایداری فرآیند و کیفیت قطعه، به تنظیم دقیق چندین پارامتر نیاز دارد:

• محتوای اکسیژن: متریک خلوص اولیه با توجه به مواد متفاوت است و فلزات واکنشی به کنترل‌های سخت‌گیرانه‌تری نیاز دارند. حسگرهای اکسیژن با دقت بالا، نظارت و تنظیم جریان را در زمان واقعی برای حفظ محدوده‌های هدف امکان‌پذیر می‌کنند.
• رطوبت: رطوبت با پودرهای فلزی واکنش نشان می‌دهد و باعث اکسیداسیون و تخلخل می‌شود. رطوبت محفظه معمولاً از طریق مواد خشک‌کننده یا سیستم‌های خشک‌کننده گاز کنترل می‌شود.
• نرخ جریان گاز: جریان بیش از حد که بر راندمان تبادل گاز و توزیع حرارتی تأثیر می‌گذارد، می‌تواند بسترهای پودری را مختل کند، در حالی که جریان ناکافی در حذف آلاینده‌ها ناموفق است. نرخ‌های بهینه به هندسه محفظه و ویژگی‌های مواد بستگی دارد.
• فشار گاز: فشار محفظه بر پایداری فرآیند تأثیر می‌گذارد—فشارهای بیش از حد خطر آسیب به تجهیزات را به همراه دارد، در حالی که فشارهای ناکافی ممکن است بر دینامیک حوضچه مذاب تأثیر بگذارد. حفظ محدوده‌های عملیاتی ایمن ضروری است.

با پیشرفت تولید افزودنی، فناوری اتمسفر بی‌اثر باید برای پاسخگویی به الزامات فزاینده سخت‌گیرانه تکامل یابد. پیشرفت‌های آینده احتمالاً بر موارد زیر متمرکز خواهد بود:

• خلوص پیشرفته: تقاضا برای مواد با کارایی بالا، توسعه گازهای با خلوص فوق‌العاده بالا با سطوح آلاینده به حداقل رسیده را هدایت می‌کند.
• کنترل دقیق: شبکه‌های حسگر پیشرفته و الگوریتم‌های کنترلی، تنظیم دقیق‌تر پارامترهای اتمسفری را امکان‌پذیر می‌کنند.
• کاهش هزینه: روش‌های جدید تولید و بازیافت گاز، اقتصاد فرآیند را بهبود می‌بخشند.
• سیستم‌های هوشمند: ادغام هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی، مدیریت اتمسفر را برای بهبود راندمان و کیفیت بهینه می‌کند.

تولید اتمسفر بی‌اثر به عنوان یک فناوری ضروری در تولید افزودنی فلزات است. از طریق نوآوری مستمر، این فعال‌کننده فرآیند حیاتی از برنامه‌های در حال گسترش در سراسر بخش‌های صنعتی پشتیبانی خواهد کرد.