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金屬3D打印材料,你了解多少?

作者:卡卡  來源:www.wihsfb.com/  更新時間:2020-03-30 16:42:05  點擊次數:

  金屬3D打印材料,你了解多少?

  今天,小編給大家講講應用于航空航天、汽車制造、珠寶、醫療等行業領域的金屬3D打印材料。

  金屬3D打???

  金屬3D打印是屬于數字熱加工的一項技術,目前制備金屬的3D打印技術主要有:選區激光熔化/燒結(SLM/SLS)、電子束選區熔化(EBSM)、激光近凈成形(LENS)等。與傳統工藝相比,金屬3D打印有直接成型,無需模具,可以實現個性化設計并制作復雜結構,高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工,變形是無法消除的,變形量需要從工藝和經驗上去控制,最后還要經過數控機床等技術的后期加工處理。

  W金屬3D打印企業

  雖然說3D打印在國內近幾年熱度才升起來,但就國際而言,3D打印發展早在20世紀80年代就已經興起了。國際范圍內,美國ArgenCorporation(在牙科金屬材料領域尤其有實力),美國CarpenterTechnology,德國ConceptLaser,英國CPM,德國EOS,意大利LegorGroup,英國LPWTechnology,美國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長),瑞典Sandvik,德國SLMSolutions等企業在各自的金屬打印領域提供了一系列的行業解決方案。相比國外,國內金屬3D打印材料大部分依賴進口,價格昂貴,這也促使國內致力于3D打印金屬材料的企業和機構自主研發金屬3D打印材料。


  金屬3D打印材料

  金屬3D打印材料的應用領域相當廣泛,例如,石化工程應用、航空航天、汽車制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。

  但是,因為金屬3D打印材料本身的材料屬性,其都有特定的應用領域范圍,因此,金屬3D打印材料選擇的過程是一個權衡多個因素的過程。而且,3D打印金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的參數來衡定,每種金屬材料都有適合自身特性的極限點,包括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素。

  現今,國內外金屬3D打印機采用的金屬粉末一般有:工具鋼、馬氏體鋼、不銹鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。

  1.工具鋼和馬氏體鋼


  

  以工具鋼和馬氏體鋼為例,工具鋼的適用性來源于其優異的硬度、耐磨性和抗形變能力,以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中一種,能夠承受不確定時間的工藝條件;馬氏體鋼,以馬氏體300為例,又稱“馬氏體時效”鋼,在時效過程中的高強度、韌性和尺寸穩定性都是眾所周知的。他們與其他鋼不同,因為他們是不含碳的,屬于金屬間化合物,通過豐富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由于高硬度和耐磨性,馬氏體300才適用于許多模具的應用,例如,注塑模具、輕金屬合金鑄造、沖壓和擠壓等,同時,其也廣泛應用于航空航天、高強度機身部件和賽車零部件。

  2.不銹鋼


  

  不銹鋼與碳鋼不同,目前的鉻含量不同,10.5%鉻含量最低的鋼合金,不銹鋼不容易生銹腐蝕。目前,應用于金屬3D打印的不銹鋼主要有三種:奧氏體不銹鋼316L、馬氏體不銹鋼15-5PH、馬氏體不銹鋼17-4PH。

  奧氏體不銹鋼316L,具有高強度和耐腐蝕性,可在很寬的溫度范圍下降到低溫,可應用于航空航天、石化等多種工程應用,也可以用于食品加工和醫療等領域。

  馬氏體不銹鋼15-5PH,又稱馬氏體時效(沉淀硬化)不銹鋼,具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性,而且可以進一步的硬化,是無鐵素體。目前,廣泛應用于航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。

  馬氏體不銹鋼17-4PH,在高達315℃下仍具有高強度高韌性,而且耐腐蝕性超強,隨著激光加工狀態可以帶倆極佳的延展性。

  3.合金

  金屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬粉末合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

  1)純鈦及鈦合金


  

鈦合金

  目前應用于市場的純鈦,又稱商業純鈦,分為1級和2級粉體,2級強于1級,對于大多數的應用同樣具有耐腐蝕性。因為純鈦2級具有良好的生物相容性,因此在醫療行業具有廣泛的應用前景。

  鈦是鈦合金產業的關鍵。目前,應用于金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和鈦合金23級,因為其優異的強度和韌性,結合耐腐蝕、低比重和生物相容性,所以在航空航天和汽車制造中具有非常理想的應用,而且,因為強度高、模量低、耐疲勞性強,應用于生產生物醫學植入物。鈦合金23級,純度更高,是神級一樣的牙科和醫療鈦品級。

  2)鋁合金

  鋁合金

  目前,應用于金屬3D打印的鋁合金主要有鋁硅AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁硅12,是具有良好的熱性能的輕質增材制造金屬粉末,可應用于薄壁零件如換熱器或其他汽車零部件,還可應用于航空航天及航空工業級的原型及生產零部件;硅/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度,使其適用于薄壁以及復雜的幾何形狀的零件,尤其是在具有良好的熱性能和低重量場合中。

  3)鎳基合金

  一般情況下,鎳基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲勞和抗熱疲勞性能。目前,主要有Inconel738、HastelloyX、Inconel625、Inconel713、Inconel718等。

  Inconel738具有良好的高溫蠕變斷裂強度,抗熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金,可長期暴露于高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中,適用于飛機發動機、燃氣輪機。

  HastelloyX在高溫下具有高強度和抗氧化性,在高達1200℃的環境中,也具有良好的延展性,目前,主要應用于航空航天技術中,例如燃氣輪機部件和燃燒區組件如過渡管、燃燒器罐、噴桿、排氣管、加力燃燒室等;而且還因為具有耐應力腐蝕開裂的性能,應用于工業爐、石油化工及化學過程工業中。

  Inconel625在高溫約815℃的條件下依然具有良好的負載性能,而且耐腐蝕性強,廣泛應用于航空航天、化工及電力工業中。

  Inconel713具有優異的抗熱疲勞性能,以及在927℃的特殊斷裂強度,適用于噴氣發動機燃氣輪機葉片。

  Inconel718是基于鐵鎳硬化的超合金,具有良好的耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性,適用于各種高端應用,例如,飛機渦輪發動機和陸基渦輪機等。

  4)鈷鉻合金

  鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性以及無磁性的性能,主要應用于外科植入物包括合金人工關節、膝關節和髖關節,同時其還可用于發動機部件以及時裝、珠寶行業等。

  5)銅基合金

  青銅粉

  應用于市場的銅基合金,俗稱青銅,具有良好的導熱性和導電性,可以結合設計自由度,產生復雜的內部結構和冷卻通道,適合冷卻更有效的工具插入模具,如半導體器件,也可用于微型換熱器,具有壁薄、形狀復雜的特征。

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