Ключевые материалы, формирующие индустрию 3D-печати металлом

Представьте, что вы можете превратить сложные металлические детали из чертежей дизайна в реальность без сложных форм - просто 3D-принтер.Этот революционный подход к производству быстро трансформирует промышленность по всем направлениям.Но при наличии множества металлических материалов, как выбрать наиболее подходящий вариант?предоставление углубленного анализа четырех основных металлических материалов для руководства принятием обоснованных решений.

Введение: Возникновение металлической 3D-печати и выбор материалов

Аддитивное производство (АМ), обычно известное как 3D-печать, - это технология, которая создает трехмерные объекты путем слоирования материалов.По сравнению с традиционными методами производства, такими как обработка, 3D-печать позволяет создавать геометрически сложные детали с сложными внутренними структурами, достигая при этом более высокой эффективности материалов.Металлическая 3D-печать быстро развивается в последние годы, находить применение в аэрокосмической, автомобильной, медицинской технике и других областях.

Преимущества металлической 3D-печати включают в себя возможность создания сложной геометрии, недостижимой с помощью обычных методов, сокращение циклов разработки продукта, снижение издержек производства,и возможности настройкиОднако выбор материала имеет решающее значение для производительности, стоимости и пригодности конечного продукта. Различные металлические материалы обладают различными физическими, механическими и химическими свойствами.что делает их подходящими для различных примененийПоэтому глубокое понимание этих характеристик является ключом к успешной реализации технологии 3D-печати металлов.

Обзор технологий 3D-печати металлов

Обычно используются несколько технологий 3D-печати металла:

• Слияние порошкового слоя (PBF):Эти методы используют энергетические источники, такие как лазеры или электронные лучи, для выборочного плавления металлического порошка в порошковом постели, создавая части слой за слоем.Общие технологии PBF включают прямое лазерное сцинтерирование металлов (DMLS), Выборочное лазерное сфинтерирование (SLS), Прямая печать металла (DMP) и лазерное пудровое плавание (LPBF).
• Направленная энергетическая осаждение (DED):Эти методы подают металлический порошок или проволоку в источник энергии (например, лазер или электронный луч), чтобы расплавить и отложить материал на субстрат, создавая части слой за слоем.DED подходит для больших деталей или ремонта.
• Свертывание соединителя:Эта технология использует печатные головки, чтобы отложить связующее на металлическую порошковую кровать, связывая частицы порошка друг с другом слой за слоем.части подвергаются синтерированию для удаления связующего и повышения прочности.
• Другие технологии:К ним относятся плавление электронного луча (EBM) и отложение свёрнутого порошка (BPD), также известное как экструзия свёрнутого порошка.EBM использует электронный пучок в качестве источника энергии и подходит для металлов с высокой температурой плавленияBPD смешивает металлический порошок с связующим веществом для образования нитей, которые экструдируются для изготовления деталей.

Не все металлы подходят для 3D-печати, а некоторые металлические порошки могут быть дорогими.

Подробный анализ четырех основных металлических материалов

В статье рассматриваются четыре широко используемых металлических материала для 3D-печати: нержавеющая сталь, сталь для инструментов, титановые сплавы и Inconel 625.

1. Нержавеющая сталь (SS)

Нержавеющая сталь - это сплав на основе железа, содержащий хром, никель и другие элементы.и легкость обработкиОн используется в аэрокосмической промышленности, нефти и газа, пищевой промышленности, медицинских устройствах и многом другом.

Преимущества:

• Отличная коррозионная стойкость:На поверхности образуется плотный оксидный слой, предотвращающий коррозию.
• Высокая прочность и твердость:Выдерживает значительные нагрузки.
• Хорошая пластичность и прочность:Устойчивы к переломам.
• Легкость обработкиМожет быть сформирована с помощью различных методов.
• Относительно низкая стоимость:Более доступно, чем титан и никель.

Недостатки:

• Умеренная сила:Ниже, чем сталь для инструментов и титановые сплавы.
• Плохая работа при высоких температурах:Прочность и коррозионная стойкость ухудшаются при повышенных температурах.

Общие материалы:316L, 17-4PH, 15-5PH.

Формы материала:Порошок, проволока.

Общие технологии 3D-печати:ДМЛС, сцепление, ДМД.

Исследования показывают, что 3D-печать деталей из нержавеющей стали может быть в два-три раза прочнее, чем традиционно изготовленные стальные компоненты.

2Сталь для инструментов

Сталь для инструментов - это сплав стали, используемый для резания инструментов, форм, измерительных приборов и аналогичных приложений.высокая прочностьСталь для инструментов обычно содержит углерод, хром, вольфрам, молибден и ванадий.

Преимущества:

• Высокая твердость и износостойкость:Подходит для высокоскоростной резки и формования под высоким давлением.
• Высокая прочность и прочность:Устойчивы к переломам.
• Хорошая теплостойкость:Сохраняет твердость и прочность при высоких температурах.
• Отличная стабильность измерений:Минимальное изменение размера во время тепловой обработки обеспечивает точность.

Недостатки:

• Высокая стоимость:Производственные расходы значительны.
• Трудно обрабатывать:Высокая твердость усложняет обработку.
• Требования к тепловой обработке:Сложные процессы требуют строгого контроля.

Общие материалы:А2, Н13 (1,2344), М2 (1,3343), МС1, 18Ни300 (1,2709), 18Ни1400, 18Ни1700, 18Ни1900, 18Ни2400.

Формы материала:Порошок, проволока.

Общие технологии 3D-печати:ДМЛС, ФФФ.

3D-печать стальных деталей инструмента может проходить термическую обработку для повышения твердости и долговечности.Механические свойства 3D-печати стали для инструментов очень похожи на традиционные продукты, обладает высокой износостойкостью и хорошей теплопроводностью.

Сталь для инструментов бывает двух типов: безуглеродистая маргаринговая сталь и содержащая углерод сталь для инструментов.

3Титановый сплав

Титановые сплавы в основном состоят из титана с добавлением других элементов.и биосовместимостиОни широко используются в аэрокосмической промышленности, медицинских устройствах, химической обработке и спортивном оборудовании.

Преимущества:

• Исключительное соотношение прочности к весу:Идеально подходит для легких конструктивных компонентов.
• Высокая коррозионная стойкость:Хорошо справляется в суровой среде.
• Хорошая теплостойкость:Сохраняет прочность при высоких температурах.
• Отличная биосовместимость:Подходит для медицинских имплантатов, таких как замены суставов и зубные принадлежности.

Недостатки:

• Высокая стоимость:Производство дорого.
• Трудно обрабатывать:Высокая твердость усложняет обработку.
• Горячесть:Склонны к сгоранию при высоких температурах.

Общие материалы:Ti6Al4V, Ti64, TiGr5, TiGr23, TiGr1.

Формы материала:Порошок, проволока.

Общие технологии 3D-печати:LPBF, DMLS, DMP.

3D-печать титановых сплавов достигла замечательных результатов, сохраняя отличную прочность и коррозионную устойчивость при значительном уменьшении веса.и инертность, они особенно подходят для индивидуальных медицинских имплантатов.

4Инконель 625

Inconel 625 представляет собой сверхсплав на основе никеля и хрома с исключительной высокотемпературной стойкостью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к ползучему.и коррозионные среды, что делает его ценным в аэрокосмической, химической и нефтегазовой промышленности.

Преимущества:

• Высокие температурные характеристики:Сохраняет прочность и устойчивость к ползучему движению при крайней жаре.
• Высокая коррозионная стойкость:Устойчив к различным коррозионным средам.
• Хорошая свариваемость:Легко соединяется с другими металлами.
• Хорошая обработка:Может быть обработана с помощью нескольких методов.

Недостатки:

• Очень высокая стоимость:Производство чрезвычайно дорого.
• Трудно обрабатывать:Высокая твердость усложняет обработку.

Общие материалы:Ни625.

Формы материала:Порошок, проволока.

Общие технологии 3D-печати:DMLS, DED, сцепление, атомная диффузия.

Суперсплав Inconel 625 дорогой, что делает аддитивное производство предпочтительнее традиционных методов вычитания, которые генерируют материальные отходы.Еще одна причина - сложная обработка из-за исключительных свойств материала.К счастью, 3D-печать с помощью DMLS относительно проста.

Новый метод производства добавок для Inconel - это атомная диффузия. Этот метод 3D-печати на основе порошка напоминает печать FDSM.части очищаются в разбавляющем растворе и синтерируются в печи для сжигания пластикового связующего и укрепления металлической структурыЭтот точный процесс предлагает экономически эффективную альтернативу дорогим материалам.

Заключение и перспективы

Металлическая 3D-печать произвела революцию в производстве, причем выбор материала имеет решающее значение для производительности продукта.сплавы титана, и Inconel 625, анализируя их преимущества, недостатки, общие формы и подходящие технологии печати.Эта информация должна помочь читателям лучше понять материалы для 3D-печати металлов и сделать обоснованный выбор.

По мере развития технологии 3D-печати металлов появятся новые материалы, расширяющие ее применение.Потенциал этой технологии преобразовать производство и стимулировать промышленный прогресс остается значительным.