Fémpor anyagok 3D nyomtatáshoz

A fém 3D nyomtatás egy 3D nyomtatási technológia, amely fémport használ a fémrészek közvetlen nyomtatására, más néven fémpor-szinterelés (SLM). A jó plaszticitás mellett a 3D nyomtatási fémpornak meg kell felelnie a finom porszemcseméret és a nagy szemcseméret-eloszlás követelményeinek is. Keskeny, nagy gömbölyűség, jó folyékonyság és nagy térfogatsűrűség követelmény. Jelenleg a legtöbb 3D nyomtatóban használt fémporok közé tartoznak a rozsdamentes acél, alumíniumötvözetek, kobalt-krómötvözetek, rézötvözetek, titánötvözetek és nikkelötvözetek. A vasalapú ötvözetek mérnöki A technológia legfontosabb és leggyakrabban használt fémanyagát többnyire összetett szerkezetek kialakítására használják, széles körben használják a repülőgépgyártásban, az autóiparban, a hajógyártásban, a gépgyártásban és más iparágakban.

A fémpor típusa és a végtermék tulajdonságainak meghatározásához használt 3D nyomtatási eljárás

● Rozsdamentes acél por

Viszonylag olcsó fémnyomó anyagok, költséghatékonyak, jó korrózióállóságúak, nagy szilárdságúak, gyorsan és hatékonyan állíthatók elő kis tételben összetett ipari alkatrészek.

● Alumíniumötvözet por

Jelenleg a fém 3D-nyomtatásban használt alumíniumötvözetek főként az alumínium-szilícium AlSi12 és AlSi10Mg. Az alumínium-szilícium 12 egy könnyű adalékanyag, amelyet jó termikus tulajdonságokkal rendelkező fémporok előállításához használnak. A szilícium és a magnézium kombinációja lehetővé teszi az alumíniumötvözetek nagyobb szilárdságát. és merevsége, így alkalmas vékonyfalú és összetett geometriákhoz, különösen jó termikus tulajdonságokkal és kis tömeggel rendelkező alkalmazásokban. Az alumíniumötvözetek a színesfém szerkezeti anyagok legszélesebb körben használt osztálya a nagy szilárdságú, a kiváló minőségű acélhoz közeli vagy azt meghaladó és jó plaszticitásukban. A kutatások azt mutatják, hogy a 3D nyomtatáshoz használt alumíniumötvözetek sűrű alkatrészeket, kis szerkezeteket és az öntési alkatrészekhez hasonló vagy még jobb mechanikai tulajdonságokat érnek el, és a hagyományos eljárásokhoz képest Az alkatrészek minősége 22 százalékkal csökkenthető, de a költségek csökkenthetők 30 százalékkal.

● Kobalt-króm ötvözet por

Kiváló kopásállósága és korrózióállósága miatt a fém 3D nyomtatáshoz használt kobalt-króm ötvözet port széles körben használják különféle mesterséges ízületek és ortopédiai implantátumok nyomtatására, valamint a fogászat területén is.

●Rézötvözet por

A kiváló hő- és elektromos vezetőképességgel a hőkezelési alkalmazásokban kiváló hővezető képességgel rendelkező réz a tervezési szabadsággal kombinálható összetett belső szerkezetek és konform hűtőcsatornák előállítására.

● Titánötvözet por

Széles körben használják a repülőgépiparban, a 3D nyomtatás előnyeit kihasználva a terméktervezés optimalizálása érdekében, például az eredeti szilárd testet összetett és ésszerű szerkezetre cserélik, így a késztermék kisebb súlyú és jobb mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ezzel nemcsak a költségeket lehet csökkenteni, hanem az egyes komponensek könnyű gyártása is elérhető.

● Nikkelötvözet por

A nikkelötvözet oxidáció- és korrózióállósága alkalmassá teszi a magas hőmérsékletű és nagy nyomású zord környezetben való használatra. Amikor a nikkelötvözetet hevítik, vastag és stabil oxidréteg passziválódik az ötvözet felületén, hogy megvédje az ötvözet belsejét a korróziótól. A jó mechanikai tulajdonságok széles hőmérséklet-tartományban megmaradnak.

Hogyan használják a por anyagokat a 3D nyomtatáshoz

A 3D modelladatokkal vezérelt nagyenergiájú lézersugarat a fémmátrix helyi olvasztására használják, míg a szinterezés megszilárdítja a por fémanyagot, és automatikusan rétegről rétegre halmozódik fel, hogy sűrű geometriai szilárd részeket hozzon létre.

Hogyan készítsünk 3D nyomtatási fémporokat

A fémporgyártás a porkohászat egyik alapvető aspektusa. A fémporok előállítására használt különböző módszerek közé tartozik a redukció, az elektrolízis, a karbonilbontás, az őrlés és a porlasztás.

A fémporok előállítására a négy legszélesebb körben alkalmazott módszer a szilárdtest-redukció, az elektrolízis, a kémiai és a porlasztás.

A legtöbb gyártó elektrolízist és redukciós módszereket használ elemi fémporok előállítására. De nem alkalmasak ötvözetporok előállítására. A porlasztásos módszer azonban hajlamos felülkerekedni ezen a korláton, ezért a gyártók ötvözetporok gyártására használják.

Az elektrolízis egy másik módszer a fémpor előállítására. A megfelelő elektrolit összetétel, hőmérséklet, koncentráció és áramsűrűség kiválasztásával különböző fémek szivacs vagy por formájában rakhatók le. Ezt követheti a mosás, szárítás, redukció, izzítás és zúzás. Ezzel a módszerrel nagyon nagy tisztaságú fémporokat állítanak elő. Nagy energiaigénye miatt alapvetően nagy vezetőképességű rézporokhoz használják.

A porlasztásos módszer az olvadt fém mechanikai módszerekkel történő 150 μm-nél kisebb méretű részecskékre történő aprítására szolgáló eljárás. Az olvadt fém aprítási módszere szerint a porlasztási módszerek közé tartozik a kétáramú porlasztás, a centrifugális porlasztás, az ultrahangos porlasztás, a vákuumporlasztás stb. Ezeknek a porlasztási módszereknek megvannak a maguk sajátosságai, és sikeresen alkalmazták az ipari termelésben. Ezek közül a vízgőz-porlasztási módszer előnye az egyszerű gyártóberendezés és folyamat, az alacsony energiafogyasztás és a nagy tételméret, és a fő fémporrá vált. Ipari termelési módszerek.

3D nyomtatási teljesítménykövetelmények fémporokhoz

1. Tisztaság

A kerámiazárványok jelentősen csökkentik az utolsó rész teljesítményét, és ezeknek a zárványoknak általában magas az olvadáspontjuk, és nehezen szinterezhetők, ezért a porban nem lehetnek kerámiazárványok. Emellett az oxigén- és nitrogéntartalmat is szigorúan ellenőrizni kell. Jelenleg a fém 3D nyomtatás por-előkészítési technológiája elsősorban a porlasztásos módszeren alapul. A por nagy fajlagos felülettel rendelkezik, és könnyen oxidálható. Speciális alkalmazási területeken, mint például a repülés, az ügyfelek szigorúbb követelményeket támasztanak erre az indexre, például szuperötvözetek. A por oxigéntartalma 0.006 százalék -0.018 százalék , a titánötvözet por oxigéntartalma 0,007 százalék -0,013 százalék , a rozsdamentes acélpor oxigéntartalma 0,010 százalék -0,025 százalék .

2. A por folyékonysága és térfogatsűrűsége

A por folyékonysága közvetlenül befolyásolja a por eloszlásának egyenletességét a nyomtatási folyamat során és a poradagolási folyamat stabilitását. A folyékonyság a por morfológiájával, a részecskeméret-eloszlással és a térfogatsűrűséggel függ össze. Minél kisebb a finom por aránya, annál jobb a folyékonysága; a részecskesűrűség változatlan marad, a relatív sűrűség nő, a por folyékonysága pedig nő. Ezenkívül a víz, gáz stb. adszorpciója a részecske felületén csökkenti a por folyékonyságát.

3. Por szemcseméret-eloszlása

A különböző 3D nyomtató berendezések és formázási eljárások eltérő követelményeket támasztanak a porszemcseméret-eloszlással szemben. Jelenleg a fém 3D nyomtatásban általánosan használt porszemcseméret-tartomány 15-53 μm (finom por) és 53-105 μm (durva por). A fémpor szemcseméretének megválasztása a 3D nyomtatáshoz elsősorban A különböző energiaforrásokkal rendelkező fémnyomtatók szerint a lézert energiaforrásként használó nyomtatók finom fókuszpontjuk és könnyű olvadásuk miatt alkalmasak 15-53μm-es por fogyóeszközként történő felhasználására. finom porból. A porellátás módja a rétegenkénti porbevonat; Az energiaforrásként elektronsugárral ellátott porszóró nyomtató valamivel vastagabb fókuszfolttal rendelkezik, amely alkalmasabb durva por olvasztására, és alkalmas 53-105 μm-es durva por alkalmazására; koaxiális poradagoló típusú nyomtatókhoz a 105-150 μm-es részecskeméretű por használható fogyóeszközként.

4. Por morfológia

A por morfológiája szorosan összefügg a porkészítés módszerével. Általában, amikor a fémgáz vagy az olvadt folyadék porrá alakul, a porszemcsék alakja általában gömb alakú. A módszerrel előállított porok többsége dendrites. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a gömbszerűség, annál jobb a porszemcsék folyékonysága. A 3D nyomtatási fémpor több mint 98 százalékos aszferikusságot igényel, így a porszórás és -adagolás könnyebben kivitelezhető a nyomtatás során.

A 3D fémpornyomtatás jelentősége

A fémpor felgyorsítja a 3D nyomtatást és gyors prototípuskészítést tesz lehetővé. A gyártók a terveket is hatékonyabban módosíthatják. Ez a módszer azért is költséghatékony, mert a fém 3D nyomtatók csak annyi anyagot használnak fel, amennyi a kívánt alkatrész elkészítéséhez szükséges. Könnyűvé teszi az összetett gépalkatrészek tervezését és lehetővé teszi a "lehetetlen" gépalkatrészek gyártását.