ผงสแตนเลสสตีล 17-4PH แบบแข็งตัวด้วยการตกตะกอนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

1. บทนำ

17-4PH (AISI 630, UNS S17400) เป็นสแตนเลสสตีลชนิดแข็งตัวด้วยการตกตะกอนแบบมาร์เทนซิติกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การแพทย์ ทะเล และอุตสาหกรรม เนื่องจาก ความแข็งแรง ทนทานต่อการกัดกร่อน และความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม เมื่อใช้เป็น ผงโลหะผสมล่วงหน้า สำหรับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (AM) จะช่วยให้สามารถผลิต ส่วนประกอบที่มีประสิทธิภาพสูงและซับซ้อน พร้อมคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับการผลิตแบบดั้งเดิม

2. คุณสมบัติหลักของโลหะผสม 17-4PH

องค์ประกอบทางเคมี (ASTM A564)

คุณสมบัติทางกล (หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน)

ข้อดีของ 17-4PH ใน AM

✔ อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง
✔ ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี (สภาพแวดล้อมทางทะเลและสารเคมี)
✔ แข็งตัวด้วยการตกตะกอน (ปรับคุณสมบัติทางกลได้)
✔ เชื่อมและขึ้นรูปได้ดีเยี่ยม
✔ เหมาะสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน (เช่น โครงสร้างแลตทิซ)

3. ลักษณะผงสำหรับพิมพ์ 3 มิติ

วิธีการผลิตผง

• การทำให้เป็นอะตอมด้วยแก๊ส (อาร์กอนหรือไนโตรเจน) → รับประกัน ความกลมสูงและการไหลที่ดี

• การกระจายขนาดอนุภาค:

  • 15 - 45 µm (สำหรับ Laser Powder Bed Fusion - LPBF)

  • 45 - 106 µm (สำหรับ Binder Jetting หรือ DED)

ข้อกำหนดคุณภาพผง

4. กระบวนการพิมพ์ 3 มิติสำหรับ 17-4PH

A. Laser Powder Bed Fusion (LPBF/SLM)

• เหมาะสำหรับ: ชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง (รากฟันเทียมทางการแพทย์, ตัวยึดในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ)

• พารามิเตอร์ทั่วไป:

  • กำลังเลเซอร์: 200 - 350 W

  • ความหนาของชั้น: 20 - 40 µm

  • ความเร็วในการสแกน: 700 - 1200 mm/s

  • การอุ่นแผ่นสร้าง: 80 - 200°C (ลดความเครียดตกค้าง)

B. Binder Jetting (BJ)

• เหมาะสำหรับ: การผลิตปริมาณมาก (เช่น เครื่องมืออุตสาหกรรม)

• การประมวลผลหลังการผลิต: การเผาผนึก + HIP (Hot Isostatic Pressing)

C. Directed Energy Deposition (DED)

• เหมาะสำหรับ: ชิ้นส่วนขนาดใหญ่และการซ่อมแซม (เช่น ใบพัดเรือ)

5. การประมวลผลหลังการผลิตและการอบชุบด้วยความร้อน

A. การคลายความเครียด (ทางเลือก)

• เงื่อนไข: 482°C (900°F) เป็นเวลา 1 ชั่วโมง → ลดความเครียดตกค้าง

B. การอบอ่อนสารละลาย (สภาวะ A)

• กระบวนการ: 1038°C (1900°F) เป็นเวลา 30 นาที → ทำให้โครงสร้างจุลภาคเป็นเนื้อเดียวกัน

• การระบายความร้อน: การดับด้วยอากาศหรือน้ำมัน → สร้างมาร์เทนไซต์

C. การแข็งตัวด้วยการตกตะกอน (H900, H1025, H1150)

D. Hot Isostatic Pressing (HIP)

• เงื่อนไข: 1120°C @ 100 MPa เป็นเวลา 4 ชั่วโมง → กำจัดรูพรุน

E. การตกแต่งพื้นผิว

• การขึ้นรูป: ขึ้นรูปได้ดีในสภาวะอบอ่อน

• การขัดเงาด้วยไฟฟ้า: ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน

6. การประยุกต์ใช้ 17-4PH ที่พิมพ์ด้วย 3 มิติ

7. ความท้าทายและแนวทางแก้ไข

8. แนวโน้มในอนาคต

• การผลิตแบบไฮบริด (AM + การขึ้นรูป CNC)

• การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์โดยใช้ AI

• การปรับปรุงการรีไซเคิลผง