Inconel 718 في التصنيع الإضافي: الطباعة ثلاثية الأبعاد لمكونات الفضاء الجوي

إنكونيل 718 (UNS N07718)هي السبائك الفائقة القائمة على النيكل- الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في تصنيع المواد المضافة إلى الفضاء الجوي، حيث تمثل أكثر من 60% من جميع أجزاء AM المعدنية في محركات توربينات الغاز. إن الجمع بين قوة درجة الحرارة العالية- (التي تصل إلى 700 درجة مئوية)، ومقاومة الزحف الممتازة، وقابلية اللحام الجيدة يجعلها مثالية لعمليات دمج طبقة مسحوق الليزر (LPBF) وذوبان شعاع الإلكترون (EBM). تتناول هذه المقالة معلمات العملية، وتطور البنية الدقيقة، والخواص الميكانيكية، ومتطلبات ما بعد المعالجة-، ومعايير الجودة لمكونات Inconel 718 AM من فئة الطيران والفضاء.

Inconel 718 in Additive Manufacturing 3D Printing for Aerospace Components

يمثل Inconel 718 ما يزيد عن 60% من أجزاء AM المعدنية في محركات توربينات الغاز لأنه يوفر التوازن الأمثل لقوة درجة الحرارة العالية-(التي تصل إلى 700 درجة مئوية)، وقابلية اللحام الممتازة مع الحد الأدنى من قابلية التشقق، و-قاعدة بيانات معلمات العملية الراسخة عبر منصات LPBF وEBM.

إنكونيل 718 عبارة عن سبيكة-نيكل قابلة للتصلب-من الكروم تحتوي على إضافات كبيرة من الحديد والنيوبيوم والموليبدينوم والتيتانيوم. تستمد السبيكة قوتها من رواسب جاما المزدوجة (Ni3Nb) وغاما برايم (Ni3(Al,Ti)) التي تتشكل أثناء المعالجات الحرارية القديمة. تشمل المزايا الرئيسية للتصنيع الإضافي ما يلي:

ملكية	إنكونيل 718	إنكونيل 625	واسبالوي	الصلة بـ AM
درجة حرارة سوليدوس	1260 درجة مئوية	1290 درجة مئوية	1330 درجة مئوية	انخفاض Solidus=نافذة معالجة أوسع
قابلية الكراك	قليل	منخفض جدًا	عالي	يقلل من تشقق التصلب في AM
محتوى جاما برايم	15-20%	0%	40%	محتوى راسب معتدل=قابلية لحام جيدة
قوة الشد (RT)	1375 ميجا باسكال	827 ميجا باسكال	1295 ميجا باسكال	الأعلى بين السبائك الفائقة القابلة للحام
تمزق زحف (650 درجة مئوية)	400+ ساعة	150 ساعة	600+ ساعة	ممتاز لمكونات التوربينات
تكلفة المسحوق (دولار/كجم)	80-120	90-130	150-200	فعالة من حيث التكلفة-للإنتاج
قاعدة بيانات العمليات AM	شاسِع	محدود	محدودة للغاية	الاستعداد التكنولوجي الناضج
اعتماد الفضاء الجوي AM	60%+ من أجزاء التوربينات	15%	5%	معيار الصناعة

المصدر: ASTM B637؛ ساي إيه إم إس 5662؛ قاعدة بيانات GE Aviation AM 2024

يقلل محتوى جاما الأولي المنخفض نسبيًا في السبيكة (15-20% مقابل 40%+ في Waspaloy وUdimet 720) من خطر التشقق الناتج عن الإجهاد- أثناء المعالجة الحرارية بعد AM. وهذا يجعل Inconel 718 مناسبًا بشكل فريد لهندسة AM المعقدة التي تتطلب تخفيف الضغط وتصلب هطول الأمطار دون تشقق.

معلمات LPBF المثالية لـ Inconel 718 هي طاقة الليزر 200-300 واط، وسرعة المسح 800-1200 مم/ثانية، وسمك الطبقة 30-40 ميكرومتر، وتباعد الفتحات 80-120 ميكرومتر، مما يحقق كثافات أعلى من 99.9% وخشونة السطح Ra من 5-10 ميكرومتر.

إن دمج طبقة مسحوق الليزر (LPBF) هو عملية AM السائدة لمكونات الطيران Inconel 718. يتم تعريف نافذة العملية من خلال كثافة الطاقة الحجمية (VED)، والتي يتم حسابها على النحو التالي:

VED (J/mm3)=طاقة الليزر (W) / [سرعة المسح (مم/ثانية) × تباعد الفتحات (مم) × سماكة الطبقة (مم)]

المعلمة	النطاق الأمثل	التأثير إذا كان منخفضًا جدًا	التأثير إذا كان مرتفعًا جدًا	التسامح النقدي
قوة الليزر	200-300 W	عدم الانصهار والمسامية	ثقب المفتاح، والترشيش	+/- 10 W
سرعة المسح	800-1200 مم/ثانية	بركة ذوبان مفرطة، خبث	عدم الانصهار، التكور	+/- 50 مم/ث
سمك الطبقة	30-40 ميكرومتر	دقة رديئة، تأثير خطوة السلم-.	ذوبان غير كامل	+/- 5 ميكرومتر
تباعد الفتحة	80-120 ميكرومتر	إعادة الصهر، وانخفاض الإنتاجية	عدم الانصهار بين المسارات	+/- 10 ميكرومتر
كثافة الطاقة الحجمية	50-80 جول/مم3	المسامية > 0.5%	ثقب المفتاح، خشونة السطح	+/- 5 ي/مم3
درجة حرارة التسخين المسبق	80-200 درجة مئوية	الإجهاد المتبقي> 800 ميجا باسكال	خطر الأكسدة	+/- 20 درجة مئوية
بناء درجة حرارة اللوحة	100-200 درجة مئوية	تزييفها، التصفيح	تدهور المسحوق	+/- 10 درجة مئوية
غرفة الأكسجين	< 100 ppm	شوائب أكسيد، خصائص سيئة	قضايا استقرار العملية	< 50 ppm recommended

المصدر: دليل معلمات EOS Inconel 718؛ ساي إيه إم إس 7011؛ ناسا MSFC-STD-3716

تستخدم أنظمة LPBF الحديثة إستراتيجيات مسح مخططة أو رقعة الشطرنج مع دوران 67-درجة بين الطبقات لتقليل الضغط المتبقي وتطوير النسيج. عرض الشريط النموذجي هو 5-10 ملم مع تداخل بنسبة 10% بين الخطوط. بالنسبة للمكونات الطويلة ذات الجدران الرفيعة، يعمل المسح الكفافي بطاقة منخفضة (150-200 واط) وسرعة أبطأ (600-800 مم/ثانية) على تحسين تشطيب السطح ودقة الأبعاد.

تنتج شركة EBM Inconel 718 مع إجهاد متبقي أقل بنسبة 40-60%، وبنية حبيبية أكثر دقة (متوسط حجم الحبوب 20-50 ميكرومتر مقابل 50-200 ميكرومتر لـ LPBF)، ويلغي الحاجة إلى تخفيف الضغط، ولكنه يحقق دقة أبعاد أقل (+/- 0.3 مم مقابل +/- 0.1 مم) ويتطلب التشغيل بالتفريغ.

How Does EBM Compare to LPBF for Inconel 718 Aerospace Components

مميزة	LPBF (الليزر)	EBM (شعاع الإلكترون)	تأثير الفضاء الجوي	معايير الاختيار
بناء درجة الحرارة	80-200 درجة مئوية	900-1100 درجة مئوية	الإجهاد المتبقي: LPBF 800+ MPa، EBM < 200 MPa	يفضل EBM للأجزاء الكبيرة والمعقدة
هيكل الحبوب	عمودي، 50-200 ميكرومتر	متساوي، 20-50 ميكرومتر	EBM: المزيد من الخصائص المتناحية	EBM لإرهاق المكونات المهمة-.
مثل-الكثافة المبنية	99.5-99.9%	99.7-99.95%	كلاهما يحقق الكثافة الكاملة بعد HIP	أي ما يعادل القوة الساكنة
خشونة السطح (Ra)	5-10 ميكرومتر	20-30 ميكرومتر	يتطلب LPBF معالجة أقل	LPBF لميزات الدقة
دقة الأبعاد	+/- 0.1 ملم	+/- 0.3 ملم	LPBF: تفاوتات أكثر صرامة	LPBF لأسطح التزاوج
الحد الأدنى لحجم الميزة	0.1-0.2 ملم	0.3-0.5 ملم	LPBF: التفاصيل الدقيقة	LPBF للجدران الرقيقة وقنوات التبريد
معدل البناء	5-20 سم3/ساعة	50-80 سم3/ساعة	EBM: 3-5x أسرع	EBM للإنتاج- بكميات كبيرة
إمكانية إعادة تدوير المسحوق	5-10 دورات	10-20 دورات	EBM: تكلفة مسحوق أقل لكل جزء	EBM للبرامج الحساسة للتكلفة-.
هيكل الدعم	مطلوب (10-30% من حجم الجزء)	الحد الأدنى (يدعم كعكة اللبيدة)	EBM: معالجة أقل-للنشر	EBM للقنوات الداخلية المعقدة
مطلوب تخفيف التوتر	نعم إلزامي	لا،-تخفيف التوتر في الموقع	EBM: سير العمل المبسط	يقلل EBM المهلة الزمنية 2-3 أيام

المصدر: دليل مستخدم Arcam EBM Inconel 718؛ ورقة معلمات EOS M 290؛ مواصفات عملية الطيران لشركة جنرال إلكتريك

تقترب درجة حرارة البناء المرتفعة في EBM (900-1100 درجة مئوية) من درجة حرارة التلدين بمحلول Inconel 718، مما يؤدي إلى تخفيف الضغط في الموقع- وبنية مجهرية أكثر اتساقًا. وهذا يلغي خطر التشويه أثناء تخفيف الضغط بعد البناء، وهو أمر بالغ الأهمية لمكونات الفضاء الجوي الكبيرة مثل أغلفة التوربينات والأقواس الهيكلية. ومع ذلك، فإن تشطيب السطح الخشن لشركة EBM والتفاوتات الفضفاضة تتطلب تصنيعًا آليًا لمعظم الأسطح الوظيفية.

كما تم بناء -يظهر Inconel 718 حبيبات عمودية تتماشى مع اتجاه البناء، قوية<001>نسيج الألياف، مرحلة الغسل وفصل الكربيد في المناطق بين التغصنات، والصلابة الدقيقة البالغة 320-380 فولت عالي تتطلب التلدين بالمحلول والشيخوخة المزدوجة لتحقيق تصلب الترسيب.

ميزة البنية الدقيقة	LPBF كما-تم الإنشاء	EBM كما-تم الإنشاء	خط الأساس المطاوع	أهمية الفضاء الجوي
مورفولوجيا الحبوب	عمودي، نسبة العرض إلى الارتفاع 3:1 إلى 5:1	عمودي مختلط-متساوي المحاور، نسبة العرض إلى الارتفاع 1.5:1 إلى 2:1	متساوي المحاور، ASTM 4-6	الحبوب العمودية تسبب خصائص متباينة الخواص
متوسط حجم الحبوب	50-200 ميكرومتر (الطول)	20-50 ميكرومتر	25-100 ميكرومتر	الحبوب الدقيقة=قوة إنتاجية أعلى (Hall-Petch)
الملمس البلوري	قوي<001>نسيج الألياف (3-5x عشوائي)	نسيج معتدل (1.5-2x عشوائي)	عشوائي	يؤثر الملمس على معدل نمو شق التعب
جزء المرحلة يغسل	3-8%	2-5%	< 1%	مرحلة الاغتسال تستنزف Nb، وتقلل من القوة
توزيع كربيد	كربيدات MC عند حدود الحبوب	مشتتة MC وM23C6	كربيدات MC المشتتة	تؤثر الكربيدات على مقاومة الزحف
جاما دبل برايم	لا شيء (يحتاج إلى الشيخوخة)	الحد الأدنى (التقادم في الموقع-في EBM)	15-20% بعد المعالجة الحرارية	توفر الرواسب القوة
الصلابة الدقيقة (HV)	320-380	350-420	340-400 (محلول صلب)	تشير الصلابة إلى حالة هطول الأمطار
المسامية المتبقية	0.1-0.5% (مسامية الغاز، قلة الانصهار)	0.05-0.3%	< 0.01%	المسامية تقلل من عمر التعب

المصدر: Acta Materialia Vol 215 (2021)؛ المعاملات المعدنية أ المجلد 52 (2021)؛ تقرير ناسا الفني NASA/TM-2020-5001273

تؤدي معدلات التصلب السريع في LPBF (10^5 إلى 10^6 K/s) وEBM (10^3 إلى 10^4 K/s) إلى قابلية ذوبان صلبة ممتدة وهياكل شجيرية مكررة مقارنة بالمواد المطاوع. ومع ذلك، فإن فصل النيوبيوم أثناء التصلب يعزز تكوين مرحلة لافيس في المناطق بين التشعبات. مرحلة Laves (Ni، Fe، Cr) 2 (Nb، Mo، Ti) هشة وتستنزف مصفوفة النيوبيوم المطلوبة لهطول الأمطار الأولي المزدوج لجاما. يحل التلدين عند 1065-1100 درجة مئوية مرحلة Laves ويتجانس توزيع النيوبيوم.

تتطلب أجزاء الفضاء الجوي - درجة Inconel 718 AM الضغط المتوازن الساخن (HIP) عند 1165-1190 درجة مئوية / 100-150 ميجاباسكال / 4 ساعات، يليها التلدين بالمحلول عند 1065-1100 درجة مئوية / ساعة واحدة والتعمير المزدوج عند 760 درجة مئوية / 10 ساعات + 650 درجة مئوية / 8 ساعات لتحقيق قوة الشد 1375 ميجا باسكال وعمر التمزق الإجهادي يتجاوز 400 ساعة عند 650 درجة مئوية.

What Heat Treatment Is Required for Aerospace-Grade Inconel 718 AM Parts

خطوة العلاج	حدود	غاية	نتيجة	مرجع المواصفات
تخفيف التوتر (LPBF فقط)	1065 درجة مئوية / 1 ساعة / تيار متردد	تخفيف الضغط المتبقي، ومنع التشويه	الإجهاد المتبقي <50 ميجا باسكال	ايه ام اس 2774
الضغط المتوازن الساخن (HIP)	1165-1190 درجة مئوية / 100-150 ميجا باسكال / 4 ساعات / FC	القضاء على المسامية، وتحسين التعب	الكثافة > 99.99%، المسامية < 0.01%	إيه إم إس 2750، أستم A988
الصلب الحل	1065-1100 درجة مئوية / 1 ساعة / تيار متردد	حل مرحلة الاغتسال، وتجانس ملحوظة	تجانس ملحوظة > 95%، غسل < 1%	ايه ام اس 5662
الشيخوخة الأولى	760 درجة مئوية / 10 ساعات / FC إلى 650 درجة مئوية	راسب جاما مزدوج الأولية	جاما دبل برايم 10-15%	ايه ام اس 5662
الشيخوخة الثانية	650 درجة مئوية / 8 ساعات / تيار متردد	هطول الأمطار الكامل، الإفراط في الاستقرار	جاما دبل برايم + جاما برايم 18-22%	ايه ام اس 5662
الشيخوخة المباشرة البديلة	720 درجة مئوية / 8 ساعات + 620 درجة مئوية / 8 ساعات	تخطي الحل يصلب للهندسة البسيطة	القوة +5-10%، الليونة -20%	لا ينصح به للفضاء

المصدر: SAE AMS 2774؛ ساي إيه إم إس 5662؛ ناسا MSFC-SPEC-3717; أستم F3055

يعتبر HIP ضروريًا لأجزاء AM الفضائية لأنه يغلق المسامية الداخلية التي تعمل كمواقع لبدء صدع التعب. تشير الدراسات إلى أن HIP يزيد من عمر التعب بنسبة 50-200% مقارنةً بالمواد غير HIP'd AM. تعد نافذة درجة حرارة التلدين للمحلول (1065-1100 درجة مئوية) أمرًا بالغ الأهمية: درجات الحرارة أقل من 1065 درجة مئوية لا تذيب طور Laves بالكامل، في حين أن درجات الحرارة الأعلى من 1100 درجة مئوية تسبب نموًا مفرطًا للحبوب (ASTM 2 أو أكثر خشونة) مما يؤدي إلى تدهور مقاومة الزحف.

يحقق LPBF وEBM Inconel 718 المعالجان بالحرارة الكاملة خصائص الشد في حدود 5% من المواد المطاوع (1375 ميجا باسكال UTS، 1100 ميجا باسكال YS، 15% استطالة) ويتجاوزان عمر الكلال المطاوع بنسبة 20-40% بعد HIP، لكنهما يظهران تباينًا متباين الخواص بنسبة 15-25% في الليونة وقوة التأثير بسبب النسيج المتبقي.

ملكية	LPBF (الورك + HT)	EBM (HIP + HT)	المطاوع (AMS 5662)	متطلبات الطيران
قوة الشد القصوى (RT)	1350-1400 ميجا باسكال	1330-1380 ميجا باسكال	1375 ميجا باسكال دقيقة	1240 ميجا باسكال دقيقة (AMS 5662)
قوة الخضوع (RT)	1080-1130 ميجا باسكال	1060-1110 ميجا باسكال	1100 ميجا باسكال دقيقة	1035 ميجا باسكال دقيقة (AMS 5662)
استطالة (RT)	12-18%	14-20%	15% دقيقة	12% كحد أدنى (AMS 5662)
تقليل المساحة (RT)	25-35%	30-40%	30% دقيقة	20% دقيقة (AMS 5662)
UTS عند 650 درجة مئوية	1100-1180 ميجا باسكال	1080-1150 ميجا باسكال	1150 ميجا باسكال نموذجي	غير محدد
العائد عند 650 درجة مئوية	900-950 ميجا باسكال	880-930 ميجا باسكال	920 ميجا باسكال نموذجي	غير محدد
تمزق الإجهاد (650 درجة مئوية، 690 ميجاباسكال)	350-500 ساعة	400-550 ساعة	400 ساعة دقيقة	400 ساعة دقيقة (AMS 5662)
زحف (650 درجة مئوية، 690 ميجاباسكال، 0.2%)	80-120 ساعة	90-130 ساعة	100 ساعة نموذجية	غير محدد
دورة التعب العالية (10 ^ 7 دورات، RT)	500-550 ميجا باسكال	520-580 ميجا باسكال	480-520 ميجا باسكال	غير محدد
إجهاد الدورة المنخفضة (10^4 دورات، RT)	+/- 0.8% سلالة	+/- 0.85% سلالة	+/- 0.75% سلالة	غير محدد
قوة الكسر KIC (RT)	100-120 ميجاباسكال مربع (م)	110-130 ميجاباسكال مربع (م)	100-130 ميجاباسكال مربع (م)	غير محدد
تأثير الطاقة شاربي (RT)	40-60 J	50-70 J	45-65 J	غير محدد

المصدر: SAE AMS 5662؛ ممبدس-17؛ تقرير ناسا الفني NASA/TM-2020-5001273; قاعدة بيانات اختبار سبائك JN

تساهم البنية المجهرية المكررة الناتجة عن التصلب السريع في تحسين أداء الكلال لـ AM Inconel 718. ومع ذلك، يظل تباين الخواص مصدرًا للقلق: يتم اختبار ليونة الشد وقوة التأثير بشكل عمودي على اتجاه البناء وعادةً ما تكون أقل بنسبة 15-25% من القيم الطولية. ويعزى هذا التباين إلى بنية الحبوب العمودية و<001>محاذاة الملمس. بالنسبة للمكونات الحرجة للكسر-، يجب أن تأخذ التصميمات المسموح بها في الاعتبار تباين خاصية الاتجاه.

يجب أن يفي مسحوق Aerospace Inconel 718 بتوزيع حجم الجسيمات من 15 إلى 45 ميكرومتر (D10: 20 ميكرومتر، D50: 30 ميكرومتر، D90: 40 ميكرومتر لـ LPBF)، ومحتوى الأكسجين أقل من 200 جزء في المليون، والنيتروجين أقل من 100 جزء في المليون، وقابلية تدفق المسحوق فوق 25 ثانية/50 جم، والكثافة الظاهرة أعلى من 4.5 جم/سم3 لكل AMS 7011 و ASTM F3049.

What Powder Quality Standards Apply to Aerospace Inconel 718 AM

المعلمة	حد المواصفات	القيم النموذجية	يؤثر إذا كان-خارج-المواصفات	طريقة الاختبار
حجم الجسيمات D10	15-22 ميكرومتر	18-20 ميكرومتر	D10 منخفض جدًا: ضعف التدفق، وانتشار العيوب	ASTM B822 (حيود الليزر)
حجم الجسيمات D50	28-35 ميكرومتر	30-32 ميكرومتر	D50 مرتفع جدًا: كثافة التعبئة ضعيفة، والمسامية	أستم B822
حجم الجسيمات D90	38-48 ميكرومتر	40-43 ميكرومتر	D90 مرتفع جدًا: نقص الانصهار وخشونة السطح	أستم B822
الأقمار الصناعية (< 10 micrometers)	< 5%	2-4%	الأقمار الصناعية تسبب التكتل وضعف الانتشار	تحليل الصور SEM
محتوى الأكسجين	< 200 ppm	100-150 جزء في المليون	ارتفاع O2: شوائب أكسيد، انخفاض الليونة	ASTM E1019 (اندماج الغاز الخامل)
محتوى النيتروجين	< 100 ppm	40-80 جزء في المليون	ارتفاع N2: تكوين النتريد، وتغير الخاصية	أستم E1019
الكثافة الظاهرية	>4.5 جم/سم3	4.6-4.8 جم/سم3	كثافة منخفضة: تعبئة سيئة، مسامية	ASTM B212 (مقياس الجريان في القاعة)
التدفق (القاعة)	< 25 seconds/50g	18-22 ثانية/50 جم	التدفق البطيء: عيوب منتشرة،-طبقات غير موحدة	أستم B213
إعادة تدوير المسحوق (دورات)	5-10 دورات (LPBF)	8-10 دورات نموذجية	إعادة الاستخدام المفرط: تراكم الأكسيد، وفقدان الممتلكات	تتبع تحول PSD، وزيادة O2
التلوث (الجسيمات الأجنبية)	< 0.01%	< 0.005%	الملوثات: الادراج، الممتلكات متناثرة	تحليل SEM/EDS

المصدر: SAE AMS 7011؛ أستم F3049؛ أستم F3055؛ مواصفات مسحوق EOS

تعد إمكانية إعادة تدوير المسحوق أحد عوامل التكلفة الحاسمة لإنتاج AM في مجال الطيران. تشير الدراسات إلى أنه يمكن إعادة استخدام مسحوق Inconel 718 من 8 إلى 10 دورات في LPBF و15-20 دورة في EBM قبل أن يتغير توزيع حجم الجسيمات ويتجاوز التقاط الأكسجين الحدود المقبولة. يجب أن يتتبع بروتوكول إدارة المسحوق دورات إعادة الاستخدام التراكمية ويمزج المسحوق البكر للحفاظ على خصائص متسقة. معدلات إضافة المسحوق البكر النموذجية هي 20-30% لكل دورة بناء.

تتطلب مكونات Aerospace AM Inconel 718 مسحًا مقطعيًا بنسبة 100% للعيوب الداخلية (الحد الأدنى لحجم العيب الذي يمكن اكتشافه 0.2 مم)، وفحص السطح عن طريق مادة مخترقة للصبغة أو تيار دوامي، والتحقق من الأبعاد وفقًا لمعيار ISO 2768-mK، والاختبار الميكانيكي لعينات الشهود وفقًا لـ NASA MSFC-STD-3716 وASTM F3055.

طريقة NDT	القدرة على الكشف	طلب	معايير القبول	المرجع القياسي
التصوير المقطعي المحوسب (CT)	المسامية > 0.2 ملم، قلة الانصهار > 0.3 ملم	كشف الخلل الداخلي	الحد الأقصى للمسام: 0.5 ملم، الحد الأقصى للمجموعة: 3 ملم	أستم E1441، أستم E1695
صبغ مخترق (FPI)	الشقوق السطحية > 0.5 مم	كشف عيوب السطح	لا الشقوق، المسامية، أو الادراج	أستم E1417، إيه إم إس 2644
إيدي الحالي	السطح/القريب من-عيوب السطح > 0.2 مم	-مسح سطحي عالي السرعة	لا توجد مؤشرات> المعيار المرجعي	أستم E309
الموجات فوق الصوتية (صفيف مرحلي)	العيوب الداخلية > 0.5 ملم	فحص القسم- السميك	لكل جزء-مواصفات محددة	أستم E2375
التصوير الشعاعي (الأشعة السينية-)	فراغات > 1% سمك، شوائب	مناطق ذات كثافة عالية-وهندسة معقدة	وفقًا لمعيار ASTM E1742، مستوى الجودة 2-2T	أستم E1742
الأبعاد (CMM)	+/- 0.025 ملم (معمل)، +/- 0.05 ملم (الإنتاج)	التحقق من الأبعاد	لكل رسم التحمل	ايزو 2768-مك
خشونة السطح	قياس رع	مثل-الأسطح المبنية والمجهزة آليًا	Ra < 6.3 ميكرومتر (كما هو موضح في الشكل -)، Ra < 1.6 (آلي)	ايزو 4287
اختبار عينة الشهود	عينات الشد والتعب والزحف من نفس البناء	التحقق من الممتلكات الميكانيكية	لكل AMS 5662 أو مواصفات الجزء	ASTM F3055، NASA MSFC-STD-3716

المصدر: NASA MSFC-STD-3716; أستم F3055؛ ساي ARP5752؛ ايزو 2768

يعد المسح المقطعي المحوسب طريقة NDT الأساسية لأجزاء AM لأنه يلتقط التوزيع الكامل للعيوب ثلاثية الأبعاد. تحقق أنظمة التصوير المقطعي المحوسب - الحديثة أحجام فوكسل تصل إلى 10-20 ميكرومتر، مما يتيح اكتشاف مجموعات المسامية، وعدم وجود-عيوب الاندماج، والشوائب التي قد تفلت من التصوير الشعاعي التقليدي. بالنسبة لأجزاء الإنتاج، تتم مقارنة بيانات التصوير المقطعي المحوسب مع نماذج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) للتحقق من السلامة الداخلية وتوافق الأبعاد في عملية فحص واحدة.

يعمل Inconel 718 AM على تقليل وقت التسليم بنسبة 60-80% (2-4 أسابيع مقابل 10-16 أسبوعًا للتصنيع من المواد الصلبة) ويحقق استخدامًا للمواد بنسبة 30-50% مقابل 5-15% للتصنيع التقليدي، ولكن تظل تكلفة الجزء أعلى بمقدار 2-4 مرات من التصنيع التقليدي للهندسة البسيطة؛ أصبحت AM قادرة على المنافسة من حيث التكلفة بالنسبة للأجزاء المعقدة مع نسب شراء للطيران تقل عن 5:1.

عامل التكلفة/الوقت	صباحا (LPBF)	صباحا (إي بي إم)	الآلات التقليدية	تزوير التقليدية
تكلفة الجزء (قوس بسيط)	$800-1200	$600-900	$300-500	لا ينطبق (غير ممكن)
تكلفة الجزء (شفرة التوربينات المعقدة)	$2000-3000	$1500-2500	4000-6000 دولار (من الصلبة)	6000-10000 دولار (تشكيل + آلة)
المهلة الزمنية (جزء بسيط)	2-3 أسابيع	2-3 أسابيع	6-8 أسابيع	16-24 أسبوع
المهلة الزمنية (الجزء المعقد)	3-4 أسابيع	2-3 أسابيع	10-16 أسبوع	24-40 أسبوعا
استخدام المواد	30-50%	40-60%	5-15%	10-25%
شراء-إلى-نسبة الطيران	2:1 إلى 4:1	1.5:1 إلى 3:1	8:1 إلى 20:1	4:1 إلى 8:1
الأدوات المطلوبة	لا شيء (مباشرة من CAD)	لا أحد	تركيبات، رقص، برامج	تزوير يموت، تركيبات
تكلفة NRE (المقالة الأولى)	500-2000 دولار (إعداد البناء)	$500-2000	$5000-15000	$50000-200000
الحد الأدنى لكمية الطلب	1 جزء	1 جزء	جزء واحد (نسبة عالية من NRE)	50-100 جزء
تكلفة تغيير التصميم	200-500 دولار (إعادة البناء)	$200-500	2000-5000 دولار (إعادة البرمجة)	$10000+ (قوالب جديدة)

المصدر: بيانات عملاء JN Alloys 2024؛ نموذج تكلفة رولاند بيرجر AM؛ دراسة شركة ديلويت أيروسبيس AM لعام 2024

تعتبر الحالة التجارية لـ Inconel 718 AM هي الأقوى بالنسبة للأجزاء التي تتميز بواحدة أو أكثر من الخصائص التالية: (1) الهندسة الداخلية المعقدة مثل قنوات التبريد التي لا يمكن تشكيلها آليًا، (2) نسب الشراء -للطيران-التي تتجاوز 8:1 في التصنيع التقليدي، (3) أحجام الإنتاج المنخفضة (1-50 وحدة) حيث تهيمن تكاليف الأدوات، (4) تكرارات التصميم المتكررة التي تتطلب استجابة سريعة، أو (5) التطبيقات ذات الوزن الحرج حيث يؤدي تحسين الطوبولوجيا إلى تقليل الكتلة بشكل كبير.

إن Inconel 718 هي سبيكة العمود الفقري لصناعة الطيران للتصنيع الإضافي، مع مستوى جاهزية تكنولوجية ناضجة، وقاعدة بيانات واسعة النطاق للعمليات، وتراث طيران مثبت عبر منصات LPBF وEBM.

الوجبات الرئيسية لطائرة AM من Inconel 718:

1. اختيار العملية:LPBF لميزات الدقة والتفاصيل الدقيقة؛ EBM للمكونات الكبيرة والحساسة للضغط والتي تتطلب الحد الأدنى من التشوه.

2. التحكم في البنية المجهرية:يعمل التصلب السريع على تحسين بنية الحبوب ولكنه يخلق تباينًا؛ يعتبر HIP والمعالجة الحرارية المناسبة إلزامية لتطبيقات الفضاء الجوي.

3. تحقيق الملكية:إن مادة AM Inconel 718 المعالجة بالحرارة الكاملة تفي بخصائص المطاوع أو تتجاوزها؛ يتحسن عمر التعب بنسبة 20-40% بعد HIP بسبب إزالة المسامية.

4. ضمان الجودة:يعد التصوير المقطعي ضروريًا للكشف عن العيوب الداخلية؛ عينات الشهود تتحقق من صحة الخصائص الميكانيكية لكل بناء.

5. الجدوى الاقتصادية:أصبحت AM{0}}تنافسية من حيث التكلفة بالنسبة للهندسة المعقدة (الشراء-للطيران- > 8:1)، أو الأحجام المنخفضة، أو التصميمات المحسنة-الطوبولوجية التي تحقق انخفاضًا ملحوظًا في الوزن.

بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية في مجال الطيران وموردي المستوى 1 الذين يقومون بتقييم Inconel 718 AM، يوصى باتباع نهج تدريجي: (1) تأهيل معلمات العملية وفقًا لمعايير AMS 7011 وASTM F3055، (2) إنشاء بروتوكولات إدارة المسحوق، (3) التحقق من صحة دورات المعالجة الحرارية، (4) تطوير حسابات التصميم المسموح بها لتباين الخواص، و (5) تنفيذ الاختبارات غير الاختبارية القوية وأنظمة الجودة وفقًا لوكالة NASA MSFC-STD-3716.