金屬3D打印工藝尚未達(dá)到制造無缺陷的地步，如今最好的設(shè)備商也難以完全解決打印過程中存在的金屬蒸發(fā)、氧化、球化、熱應(yīng)力變形等問題。雖然當(dāng)前零件的致密度、強(qiáng)度以及表面質(zhì)量都可以達(dá)到比較理想的水平，但對于金屬打印尤其是SLM工藝制件內(nèi)部仍舊容易存留孔隙并存在應(yīng)力開裂的問題，直接制造的零件仍需要借助傳統(tǒng)的手段進(jìn)行處理，包括致密化和、去除應(yīng)力等。
在這些后處理手段當(dāng)中，熱等靜壓是一項(xiàng)極為重要的步驟，無論是航天還是醫(yī)療都不可省卻。熱等靜壓（簡稱HIP）是將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等的壓力，同時(shí)施以高溫，在高溫高壓的作用下，制品得以燒結(jié)和致密化。那么，熱等靜壓過程帶來了什么呢？
1. 致密化消除缺陷
在高溫下金屬材料強(qiáng)度極低、塑性極好，有孔洞區(qū)域的金屬受到外界氣體壓力的作用發(fā)生塑性變形，孔洞區(qū)域金屬相互接觸發(fā)生冶金結(jié)合使孔洞消失，各個(gè)部位均能完成致密化。
2. 改善組織形態(tài)
熱等靜壓過程的高溫加熱相當(dāng)于退火，可消除SLM過程中由于冷卻速度快而形成的過冷組織或亞穩(wěn)定組織，轉(zhuǎn)變形成高溫退火形態(tài)組織。
3. 改善力學(xué)性能
熱等靜壓前后材料的力學(xué)性能也發(fā)生明顯的變化。無論是SLM還是EBM，熱等靜壓后材料的強(qiáng)度都有下降的趨勢，塑性會(huì)升高，尤其是對SLM工藝的材料更為明顯。材料的硬度也會(huì)隨著HIP發(fā)生變化，HIP后硬度會(huì)下降5～10%。整體上，熱等靜壓可以改善材料的韌性和抗疲勞裂紋擴(kuò)展的能力。
研究發(fā)現(xiàn)，熱等靜壓在降低晶格結(jié)構(gòu)的孔隙率方面也是有效的，4mm晶胞尺寸對HIP的響應(yīng)更大，空隙體積比降低了40%，而2mm晶胞尺寸樣品的空隙體積比僅降低了22%。還觀察到基于樣品的晶胞尺寸的孔隙率變化。具有4mm晶胞的HIP樣品的孔隙率降低了57%，2mm晶胞尺寸的樣品的孔隙率減少了44%。
熱等靜壓前后的孔隙率變化
熱等靜壓技術(shù)的常見應(yīng)用包括增材制造零部件的缺陷修復(fù)（孔隙融合），粉末燒結(jié)，不同類型金屬或者合金的擴(kuò)散粘結(jié)。針對于航空航天、醫(yī)療、船舶的應(yīng)用，有必要采用這項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化材料性能、提高零件壽命。而且一臺(tái)熱等靜壓設(shè)備可以服務(wù)多臺(tái)打印機(jī)。
3D打印的高溫合金斷裂性能的各向異性影響其在航空航天領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，這與材料的晶粒形貌、晶界狀態(tài)以及析出相的形貌和位置密切相關(guān)。經(jīng)過全新設(shè)計(jì)的熱等靜壓+固溶+時(shí)效后處理，使LPBF制造的垂直和水平試樣的IN718高溫合金常溫拉伸性能均保持在較高水平，650°C和690MPa下的高溫平均斷裂壽命分別達(dá)到173和131小時(shí)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
IN718常溫下的拉伸性能測試
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盡管熱等靜壓技術(shù)能夠消除零件內(nèi)部缺陷，但該技術(shù)的使用仍須具備多項(xiàng)條件，文中所揭示的僅僅是熱等靜壓的優(yōu)點(diǎn)。依賴后處理手段解決金屬打印內(nèi)部缺陷僅僅是一種途徑，技術(shù)的發(fā)展還應(yīng)從內(nèi)部工藝調(diào)整，往無缺陷的方向努力。
