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3D打印耗材用在金屬材料哪些?
文章出處:新聞中心
責(zé)任編輯:東莞市德之健塑膠電子有限公司
發(fā)表時間:2020-06-17
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3D打印耗材
金屬材料主要有粉末形式和絲材形式。粉末材料是常用的材料,可用于激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)、激光近凈成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)、電子束選區(qū)熔化(Electron Beam Melting,EBM)等多種3D打印工藝;絲材則適合于電弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)等工藝。為了滿足3D 打印的工藝需求,金屬粉末必須滿足一定的要求。
粉末的流動性是粉末的重要特性之一,所有使用金屬粉末作為耗材的3D打印工藝在制造過程中均涉及粉末的流動,金屬粉末的流動性直接影響到SLM、EBM 中的鋪粉均勻性和LENS 中的送粉穩(wěn)定性,若流動性太差會造成打印精度降低甚至打印失敗。
3D 打印所使用的金屬絲材與傳統(tǒng)的焊絲相同,理論上凡能在工藝條件下熔化的金屬都可作為3D 打印的材料。絲材制造的工藝很成熟,材料成本相比粉材要低很多。按照材料種類劃分,3D打印金屬材料可以分為鐵基合金、鈦及鈦基合金、鎳基合金、鈷鉻合金、鋁合金、銅合金及貴金屬等。
鐵基合金是3D 打印金屬材料中研究較早、較深入的一類合金,較常用的鐵基合金有工具鋼、316L 不銹鋼、M2 高速鋼、H13 模具鋼和15-5PH 馬氏體時效鋼等。鐵基合金使用成本較低、硬度高、韌性好,同時具有良好的機械加工性,特別適合于模具制造。3D打印隨形水道模具是鐵基合金的一大應(yīng)用,傳統(tǒng)工藝異形水道難以加工,而3D打印可以控制冷卻流道的布置與型腔的幾何形狀基本一致),能提升溫度場的均勻性,有效降低產(chǎn)品缺陷并提高模具壽命。
鈦及鈦合金以其顯著的比強度高、耐熱性好、耐腐蝕、生物相容性好等特點,成為醫(yī)療器械、化工設(shè)備、航空航天及運動器材等領(lǐng)域的理想材料。然而鈦合金屬于典型的難加工材料,加工時應(yīng)力大、溫度高,刀具磨損嚴(yán)重,限制了鈦合金的廣泛應(yīng)用。
而3D打印技術(shù)特別適合鈦及鈦合金的制造,一是3D打印時處于保護氣氛環(huán)境中,鈦不易與氧、氮等元素發(fā)生反應(yīng),微區(qū)局部的快速加熱冷卻也限制了合金元素的揮發(fā);二是無需切削加工便能制造復(fù)雜的形狀,且基于粉材或絲材材料利用率高,不會造成原材料的浪費,大大降低了制造成本。
目前3D打印鈦及鈦合金的種類有純Ti、Ti6A14V(TC4)和Ti6A17Nb,可廣泛應(yīng)用于航空航天零件及人工植入體(如骨骼,牙齒等)。鎳基合金是一類發(fā)展快、應(yīng)用廣的高溫合金,其在650~1000°C 高溫下有較高的強度和一定的抗氧化腐蝕能力,廣泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等領(lǐng)域。例如,鎳基高溫合金可以用在航空發(fā)動機的渦輪葉片與渦輪盤。
常用的3D打印鎳基合金牌號有Inconel 625、Inconel718及Inconel 939等。鈷基合金也可作為高溫合金使用,但因資源缺乏,發(fā)展受限。由于鈷基合金具有比鈦合金更良好的生物相容性,目前多作為醫(yī)用材料使用,用于牙科植入體和骨科植入體的制造。目前常用的3D 打印鈷基合金牌號有Co 212、Co 452、Co 502和CoCr28Mo6等。鋁合金密度低,耐腐蝕性能好,抗疲勞性能較高, 且具有較高的比強度、比剛度, 是一類理想的輕量化材料。
3D 打印中使用的鋁合金為鑄造鋁合金, 常用牌號有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。韓國通信衛(wèi)星Koreasat-5A及Koreasat-7 使用了SLM制造的AlSi7Mg輕量化部件(圖4),不僅由原來的多個零件合成一個整體制造,零件重量比原設(shè)計降低22%,制造成本降低30%,生產(chǎn)周期縮短1—2個月。其他金屬材料如銅合金、鎂合金、貴金屬等需求量不及以上介紹的幾種金屬材料,但也有其相應(yīng)的應(yīng)用前景。
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