那麽火的(de)金屬3D打印(yìn),它都用到哪些材料(liào)?
點擊量:709 發布時間:2017-02-13 作者:快猫视频APP下载安装(上海)增材(cái)製造技術(shù)有限公司
3D打印,自20世紀90年代中期被發明以來,在近幾年(nián)終於迎來了一個較受關注的高速發展(zhǎn)期。不論是國家政府部門,還是傳統企業,都(dōu)在積極促進3D打(dǎ)印與行業間的深度融合,以期(qī)推動(dòng)該技術的市(shì)場應用,帶動傳統行業的轉(zhuǎn)型(xíng)升級。然而(ér),從目前的實際情況來講,3D打印還沒有形(xíng)成一個完善的產業鏈,製(zhì)約(yuē)它發展的原因有多種,其中(zhōng)3D打印材料的研發應用還不太成熟是一個較為關鍵的因素。那麽,目前在3D打印材料(liào)中最受重視的金屬材料,發展(zhǎn)到了哪個階(jiē)段呢?
金(jīn)屬3D打印是屬(shǔ)於數字熱加工的一項技術,目前製備(bèi)金屬的3D打印(yìn)技術主要有:選區激光熔化/燒結(SLM/SLS)、電子束(shù)選區熔化(EBSM)、激(jī)光近淨成形(LENS)等。與傳統工藝相比,金屬(shǔ)3D打印有(yǒu)直接成(chéng)型,無需模具,可以實現個性化設計並製作複雜結構,高效、低消(xiāo)耗(hào)、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(yì)和經驗上去控(kòng)製,最後還要經過數控機床等技術的後期加工處理。
國內外做金屬3D打印的(de)企業有哪(nǎ)些?
雖然說3D打印在(zài)國內(nèi)近幾(jǐ)年熱度(dù)才升起來,但就國(guó)際(jì)而言,3D打印發展(zhǎn)早在20世紀80年(nián)代就已經興起(qǐ)了。國際範圍內,美(měi)國Argen Corporation(在牙科金(jīn)屬材料(liào)領域(yù)尤其有實力),美國Carpenter Technology,德國Concept Laser, 英國CPM,德國EOS,意(yì)大利Legor Group,英國LPW Technology,美國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長),瑞典Sandvik,德國SLM Solutions等企業在各自的金屬打印領域提供了(le)一係(xì)列(liè)的(de)行業(yè)解決方案(àn)。相比國外,國內金屬3D打印(yìn)材料大部分依賴進口,價格昂貴,這也促使國內(nèi)致(zhì)力於3D打(dǎ)印金屬材(cái)料的企業和機構自主研(yán)發金屬3D打印材料,最具(jù)代表性的可提(tí)供金屬材料及服(fú)務的企業(yè)有西安鉑力特、銀邦股份(fèn)、上海材(cái)料研究所、上海康速金屬材料、鑫烯三維(wéi)科技等企業。
金屬3D打印材料的市場(chǎng)應用
金屬3D打(dǎ)印材料的應用領域相當廣泛,例如,石化工程應用(yòng)、航空航天、汽車製造(zào)、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(xìng),其都有特定的應用領域範圍,因此,金屬3D打印材料選(xuǎn)擇的過程是一個權衡多個(gè)因素的過(guò)程。而且,3D打(dǎ)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(měi)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(jīn)屬粉末一般有:工具鋼、馬(mǎ)氏體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合(hé)金、鎳基合金、銅基合金(jīn)、鈷鉻合金等。
工具鋼和馬氏體鋼
工具鋼
以工(gōng)具鋼和馬氏體鋼為例,工具鋼的適用性來源於其優異的(de)硬度、耐磨性和抗形變能力,以及在(zài)高溫下(xià)保持切削(xuē)刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是(shì)其中一種,能夠承受不確定時間的工藝條件;馬氏(shì)體鋼(gāng),以馬氏體300為例,又稱“馬氏體時效”鋼,在時效過程中的高(gāo)強度、韌性(xìng)和尺寸穩定性都(dōu)是眾所周知的。他們與其他鋼不同,因為(wéi)他們是不含碳的,屬於金屬間化合物,通過豐富的鎳、鈷和鉬的冶金反應(yīng)硬化。由於高硬度和(hé)耐(nài)磨性,馬氏體300才適用(yòng)於許多模(mó)具的應用(yòng),例如,注塑模具、輕金屬合金鑄造、衝壓和擠壓等,同時,其也廣泛應用於航(háng)空航天、高(gāo)強度機身(shēn)部件和(hé)賽車零部件。
不鏽(xiù)鋼
不鏽鋼
不(bú)鏽鋼與碳鋼不同,目(mù)前的鉻含量不同,10.5%鉻含量最(zuì)低的鋼合金,不鏽鋼不容易生鏽腐蝕。目前,應用於金屬3D打印的(de)不鏽鋼主要有三種:奧氏體不鏽鋼316L、馬(mǎ)氏體不(bú)鏽(xiù)鋼15-5PH、馬氏體不(bú)鏽鋼17-4PH。
奧氏體不鏽鋼316L,具有高強度和耐腐(fǔ)蝕性,可(kě)在很寬(kuān)的溫(wēn)度範圍下降到低溫,可(kě)應用於(yú)航空航天、石化等多種工程應用,也可以用於食(shí)品加工和醫療等領域。
馬氏體不鏽鋼15-5PH,又稱馬氏體時效(沉澱硬化)不鏽鋼,具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性,而且可以進一步的(de)硬化,是無鐵素體。目前,廣泛應用於航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。
馬氏體不鏽鋼17-4PH,在高達315℃下仍(réng)具有高(gāo)強(qiáng)度(dù)高韌性,而且耐腐蝕性超強,隨著(zhe)激光加工狀態可以帶(dài)來極佳的延展性(xìng)。
合金
金屬3D打(dǎ)印材料應(yīng)用最為廣泛的金屬粉末合(hé)金主要有純鈦及(jí)鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷(gǔ)鉻合金、銅基合金等。
1)純鈦及鈦合金
目前應(yīng)用於市場的純鈦,又稱商業純鈦,分為1級和2級粉體,2級強於1級,對於大多(duō)數的(de)應用同樣具有耐腐蝕性。因為純(chún)鈦2級(jí)具有良好的生物相容性,因(yīn)此在(zài)醫(yī)療行業具有廣泛的應用(yòng)前景。
鈦是鈦合金產業的關鍵。目前,應用於金屬3D打(dǎ)印的鈦合金主要是鈦合金5級和鈦合(hé)金23級,因(yīn)為其優異的強(qiáng)度和韌(rèn)性,結合耐腐蝕、低比(bǐ)重和生物(wù)相容(róng)性,所以在航(háng)空航天和(hé)汽車製造中具有(yǒu)非常理想的(de)應用,而(ér)且,因為強度高、模量低、耐疲勞(láo)性強,應用於生產(chǎn)生物醫學植入物。鈦(tài)合金23級,純度更高,是神級一樣的(de)牙科和(hé)醫療鈦品級。
2)鋁合金(jīn)
目前,應用於金屬3D打印的鋁合金主(zhǔ)要有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽12,是具有良好的(de)熱性能的輕質增材製造(zào)金屬粉末,可應用於薄壁零件如換熱(rè)器或其他汽車零部件,還可應用於航空航天及航空工業級的原型及(jí)生產零(líng)部件(jiàn);矽/鎂組(zǔ)合使鋁合金更具強度和硬度,使其適用於薄壁以(yǐ)及複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(jī)合金
一般情況(kuàng)下,鎳基合金都(dōu)具有(yǒu)良好的抗拉(lā)伸、抗疲勞和抗(kàng)熱疲勞性能。目前,主要有(yǒu)Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。
Inconel 738具有良好的高溫蠕變斷(duàn)裂強度(dù),抗熱腐蝕性是(shì)較低鉻含量的超合金(jīn),可長期暴露於高達920-980℃的高(gāo)溫腐蝕性的環境中,適用於(yú)飛機發動機、燃氣輪機。
Hastelloy X在高溫下具有高強度(dù)和抗氧化性,在高達1200℃的環境中,也具有良好的(de)延展性(xìng),目前,主要應(yīng)用於航空航天(tiān)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、噴杆、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,應用於工業爐、石油化工及化學過程(chéng)工(gōng)業(yè)中。
Inconel 625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(xìng)強,廣泛應用於航空航天、化工及(jí)電力工業中。
Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能,以及在927℃的特殊斷裂強度,適用於噴氣發動機(jī)燃氣輪機葉片。
Inconel 718是基於鐵(tiě)鎳硬化的(de)超合金,具有良好的耐腐蝕性及(jí)耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性,適用於各種高端應(yīng)用,例如,飛機渦輪發動機(jī)和陸基渦輪機(jī)等。
4)鈷鉻合金(jīn)
鈷鉻合金具有高(gāo)強(qiáng)度、耐腐蝕性強、良好的生物(wù)相(xiàng)容性以(yǐ)及無磁(cí)性的(de)性能,主要應用於外科植入物包括合金人工關節、膝關節和髖關節,同時其還可用於(yú)發動機部件以及時裝、珠(zhū)寶行業等。
5)銅基合金
應用於市場的(de)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(jì)自由度,產生複(fù)雜的內部結構和冷卻通道,適合冷卻更有效的(de)工具插入模具,如半導體(tǐ)器件,也可用於微型換熱器,具有壁薄(báo)、形狀複雜的特征。