工业箱式电阻炉是激光粉末床熔融 (LPBF) 制造的金属零件进行热后处理的主要设备。 这些炉子专门用于进行淬火和回火热处理，充当原材料打印组件和功能性工业零件之间的桥梁。
3D打印的快速加热和冷却循环会产生内部不稳定性；箱式电阻炉通过消除各向异性残余应力、稳定微观结构并将硬度校准到精确规格来中和这些不稳定性。
解决打印金属的不稳定性
增材制造工艺，特别是 LPBF，在微观层面上是剧烈的。它涉及快速熔化和凝固循环，在材料中产生显著的内应力。
消除各向异性残余应力
从 3D 打印机中出来的零件其内部应力很少是均匀的。它们存在各向异性残余应力——应力随打印层方向而变化。
如果不进行干预，这些应力可能导致零件在使用过程中发生翘曲、变形甚至开裂。箱式电阻炉通过加热组件来释放这种内应力，确保零件的物理形状保持稳定。
稳定微观结构
除了简单的应力，由于逐层构建，打印金属的晶粒结构通常是不规则的。
炉子提供了一个受控的热环境，使材料的微观结构得以重组。这种稳定对于确保零件在负载下表现可预测至关重要，而不是表现出分层结构的弱点。
优化机械性能
一旦结构稳定，重点就转移到调整金属的性能特征。
精确硬度调整
主要参考资料强调，这些炉子用于淬火和回火。这是一个双阶段过程。
淬火使金属硬化，而回火则降低了淬火引起的脆性。通过严格控制这些温度，操作员可以调整零件的最终硬度，以满足不同工业应用所需的特定阈值。
确保尺寸精度
虽然应力消除可以防止翘曲，但电阻炉精确的温度控制对于保持尺寸公差也至关重要。
不均匀的加热可能会引起新的变形。这些工业炉的高精度确保了 3D 打印机实现的几何复杂性在硬化过程中得以保留。
理解区别和权衡
区分增材制造中使用的各种炉型至关重要，以避免工艺错误。
电阻炉与烧结炉
不要将箱式电阻炉与烧结炉混淆。烧结炉用于脱脂和致密化（去除载体材料和填充孔隙），通常用于陶瓷或金属粘合剂喷射工艺。
此处描述的箱式电阻炉用于已熔合的 LPBF 零件的热处理（改变性能），而不是用于致密化生坯零件。
精度的必要性
该工艺的有效性完全依赖于热精度。如果炉子无法保持严格的温度均匀性，“应力消除”循环实际上可能会引起新的热应力。
此外，如果在高温循环期间气氛管理不当，存在表面氧化的风险，这可能需要额外的加工才能去除。
为您的目标做出正确选择
选择正确的后处理方案在很大程度上取决于组件预期的使用环境。
- 如果您的主要重点是几何稳定性： 优先进行应力消除循环，以消除各向异性张力并防止加工过程中的翘曲。
- 如果您的主要重点是耐磨性： 使用炉子进行淬火和回火，以最大化表面硬度和耐用性。
- 如果您的主要重点是在恶劣环境中的可靠性： 确保微观结构完全稳定，以防止在腐蚀性或高负载环境下发生故障。
工业箱式电阻炉不仅仅是一个烤箱；它是一种精密仪器，可以最终确定打印零件的材料性能。
总结表：
| 工艺类型 | 主要功能 | 对增材制造零件的好处 |
|---|---|---|
| 应力消除 | 消除各向异性内应力 | 防止翘曲、开裂和变形 |
| 微观结构稳定 | 重组不规则的晶粒结构 | 确保在负载下可预测的机械行为 |
| 淬火与回火 | 调整材料硬度和延展性 | 将零件校准到特定的工业性能水平 |
| 尺寸控制 | 保持严格的几何公差 | 保留 3D 打印过程中实现的复杂形状 |
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参考文献
- Alexander Metel, Pavel Podrabinnik. Influence of Postprocessing on Wear Resistance of Aerospace Steel Parts Produced by Laser Powder Bed Fusion. DOI: 10.3390/technologies8040073
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
