Metallijauhemateriaalit 3D-tulostukseen

Metallin 3D-tulostus on 3D-tulostustekniikka, joka käyttää metallijauhetta suoraan metalliosien tulostamiseen, joka tunnetaan myös nimellä metallijauhesintraus (SLM). Hyvän plastisuuden lisäksi 3D-tulostusmetallijauheen tulee täyttää myös hienon jauheen hiukkaskoon ja korkean hiukkaskokojakauman vaatimukset. Kapea, korkea pallomaisuus, hyvä juoksevuus ja korkeat irtotiheysvaatimukset. Tällä hetkellä useimmissa 3D-tulostimissa käytettyjä metallijauheita ovat ruostumaton teräs, alumiiniseokset, koboltti-kromiseokset, kupariseokset, titaaniseokset ja nikkeliseokset. Rautapohjaiset seokset ovat konepajateollisuutta Tekniikan tärkein ja eniten käytetty metallimateriaali on enimmäkseen monimutkaisten rakenteiden muodostamiseen, ja sitä käytetään laajalti ilmailu-, auto-, laivanrakennus-, konevalmistus- ja muilla teollisuudenaloilla.

Metallijauheen tyyppi ja 3D-tulostusprosessi, jota käytetään lopputuotteen ominaisuuksien määrittämiseen

● Ruostumaton teräsjauhe

Suhteellisen halvat metallipainomateriaalit, kustannustehokkaat, hyvä korroosionkestävyys, korkea lujuus, voivat nopeasti ja tehokkaasti valmistaa pieniä eriä monimutkaisia ​​teollisuusosia.

● Alumiiniseosjauhe

Tällä hetkellä metallien 3D-tulostuksessa käytettyjä alumiiniseoksia ovat pääasiassa alumiinipii AlSi12 ja AlSi10Mg. Alumiinipii 12 on kevyt lisäaine, jota käytetään hyvien lämpöominaisuuksien omaavien metallijauheiden valmistukseen. Piin ja magnesiumin yhdistelmä mahdollistaa alumiiniseoksille suuremman lujuuden. ja jäykkyys, mikä tekee siitä sopivan ohutseinäisille ja monimutkaisille geometrioille, erityisesti sovelluksissa, joissa on hyvät lämpöominaisuudet ja pieni paino. Alumiiniseokset ovat yleisimmin käytetty ei-rautapitoisten rakennemateriaalien luokka, jonka lujuus on korkealaatuista terästä lähellä tai ylittää sen ja plastisuus on hyvä. Tutkimukset osoittavat, että alumiiniseoksilla 3D-tulostukseen voidaan saavuttaa tiheitä osia, pieniä rakenteita ja mekaanisia ominaisuuksia, jotka ovat verrattavissa tai jopa parempia kuin valuosat, ja verrattuna perinteisiin prosesseihin Osien laatua voidaan alentaa 22 prosenttia, mutta kustannuksia voidaan alentaa. 30 prosentilla.

●Koboltti-kromiseosjauhe

Erinomaisen kulutuskestävyytensä ja korroosionkestävyytensä vuoksi metallien 3D-tulostukseen tarkoitettua koboltti-kromiseosjauhetta käytetään yleisesti erilaisten tekonivelten ja ortopedisten implanttien tulostamiseen, ja sitä käytetään myös hammaslääketieteessä.

● Kupariseosjauhe

Erinomaisella lämmön- ja sähkönjohtavuudella varustettu kupari, jolla on erinomainen lämmönjohtavuus lämmönhallintasovelluksissa, voidaan yhdistää suunnittelun vapauteen monimutkaisten sisäisten rakenteiden ja konformisten jäähdytyskanavien tuottamiseksi.

● Titaaniseosjauhe

Sitä käytetään laajasti ilmailualalla, ja se hyödyntää 3D-tulostuksen etuja tuotesuunnittelun optimoinnissa, kuten alkuperäisen kiinteän rungon korvaamisessa monimutkaisella ja järkevällä rakenteella, jotta valmiilla tuotteella on pienempi paino ja paremmat mekaaniset ominaisuudet. Tämä ei vain voi vähentää kustannuksia, vaan myös kunkin komponentin kevyttä tuotantoa voidaan saavuttaa.

● Nikkeliseosjauhe

Nikkeliseoksen hapettumisenkestävyys ja korroosionkestävyys tekevät siitä sopivan korkean lämpötilan ja korkean paineen ankariin ympäristöihin. Kun nikkeliseosta kuumennetaan, paksu ja vakaa oksidikerros passivoituu lejeeringin pinnalle suojaamaan lejeeringin sisäosaa korroosiolta. Hyvät mekaaniset ominaisuudet säilyvät laajalla lämpötila-alueella.

Kuinka jauhemateriaaleja käytetään 3D-tulostukseen

Suurienergistä lasersädettä, jota ohjataan 3D-mallitiedolla, käytetään sulattamaan paikallisesti metallimatriisi, kun taas sintraus kiinteyttää metallijauhemateriaalin ja pinoaa automaattisesti kerros kerrallaan tiheiden geometristen kiinteiden osien muodostamiseksi.

Kuinka valmistaa 3D-tulostusmetallijauheita

Metallijauheen valmistus on jauhemetallurgian perusosa. Erilaisia ​​metallijauheiden valmistukseen käytettyjä menetelmiä ovat pelkistys, elektrolyysi, karbonyylihajotus, jauhatus ja sumutus.

Neljä yleisimmin käytettyä menetelmää metallijauheiden valmistukseen ovat solid-state-pelkistys, elektrolyysi, kemiallinen ja sumuttaminen.

Useimmat valmistajat käyttävät elektrolyysi- ja pelkistysmenetelmiä alkuainemetallijauheiden tuottamiseen. Mutta ne eivät sovellu seosjauheiden valmistukseen. Sumutusmenetelmä pyrkii kuitenkin voittamaan tämän rajoituksen, joten valmistajat käyttävät sitä seosjauheiden valmistukseen.

Elektrolyysi on toinen menetelmä, jota käytetään metallijauheiden valmistukseen. Valitsemalla sopiva elektrolyyttikoostumus, lämpötila, pitoisuus ja virrantiheys, eri metalleja voidaan kerrostaa sieninä tai jauheina. Tätä voi seurata pesu, kuivaus, pelkistys, hehkutus ja murskaus. Tällä menetelmällä saadaan erittäin puhtaita metallijauheita. Sitä käytetään periaatteessa erittäin johtaviin kuparijauheisiin sen korkeiden energiatarpeiden vuoksi.

Sumutusmenetelmällä tarkoitetaan menetelmää, jossa sula metalli murskataan mekaanisin menetelmin alle 150 μm:n hiukkasiksi. Sulan metallin murskausmenetelmän mukaan sumutusmenetelmiä ovat kaksivirtasumutus, keskipakoisumutus, ultraäänisumutus, tyhjiösumutus jne. Näillä sumutusmenetelmillä on omat ominaisuutensa ja niitä on käytetty menestyksekkäästi teollisessa tuotannossa. Niistä vesihöyryn sumutusmenetelmällä on yksinkertaisten tuotantolaitteiden ja prosessin, alhaisen energiankulutuksen ja suuren eräkoon edut, ja siitä on tullut tärkein metallijauhe. Teolliset tuotantomenetelmät.

3D-tulostuksen suorituskykyvaatimukset metallijauheille

1. Puhtaus

Keraamiset sulkeumat heikentävät merkittävästi viimeisen osan suorituskykyä, ja näillä inkluusioilla on yleensä korkea sulamispiste ja niitä on vaikea sintrata, joten jauheessa ei saa olla keraamisia sulkeumia. Lisäksi happi- ja typpipitoisuutta on myös valvottava tiukasti. Tällä hetkellä metallin 3D-tulostuksen jauheen valmistustekniikka perustuu pääasiassa sumutusmenetelmään. Jauheella on suuri ominaispinta-ala ja se on helppo hapettaa. Erikoissovellusalueilla, kuten ilmailussa, asiakkailla on tiukemmat vaatimukset tälle indeksille, kuten superseoksille. Jauheen happipitoisuus on 0.006 prosenttia -0.018 prosenttia, titaaniseosjauheen happipitoisuus on 0,007 prosenttia -0,013 prosenttia ja ruostumattoman teräsjauheen happipitoisuus on 0,010 prosenttia -0,025 prosenttia.

2. Jauheen juoksevuus ja irtotiheys

Jauheen juoksevuus vaikuttaa suoraan jauheen leviämisen tasaisuuteen painoprosessin aikana ja jauheen syöttöprosessin vakauteen. Sujuvuus liittyy jauheen morfologiaan, hiukkaskokojakaumaan ja bulkkitiheyteen. Mitä pienempi hienon jauheen osuus on, sitä parempi sen juoksevuus; hiukkasten tiheys pysyy muuttumattomana, suhteellinen tiheys kasvaa ja jauheen juoksevuus kasvaa. Lisäksi veden, kaasun jne. adsorptio hiukkasten pinnalle vähentää jauheen juoksevuutta.

3. Jauheen hiukkaskokojakauma

Erilaisilla 3D-tulostuslaitteilla ja muovausprosesseilla on erilaiset vaatimukset jauheen hiukkaskokojakauman suhteen. Tällä hetkellä metallin 3D-tulostuksessa yleisesti käytetty jauheen hiukkaskokoalue on 15-53 μm (hieno jauhe) ja 53-105 μm (karkea jauhe). Metallijauheen hiukkaskoon valinta 3D-tulostukseen on pääosin Eri energialähteitä käyttävien metallitulostimien mukaan laseria energialähteenä käyttävät tulostimet soveltuvat 15-53μm jauheen käyttöön kulutustarvikkeina hienon tarkennuspisteensä ja helpon sulamiskykynsä vuoksi. hienosta jauheesta. Jauheen syöttömenetelmä on kerros kerrokselta jauhemaalaus; Jauhelevitystulostimessa, jossa on elektronisuihku energialähteenä, on hieman paksumpi tarkennuspiste, joka soveltuu paremmin karkean jauheen sulattamiseen ja soveltuu 53-105 μm:n karkean jauheen käyttöön; koaksiaalisen jauheensyöttötyyppisessä tulostimessa, jonka partikkelikoko on 105-150 μm, voidaan käyttää jauheena kulutustarvikkeina.

4. Jauhemorfologia

Jauheen morfologia liittyy läheisesti jauheen valmistusmenetelmään. Yleensä kun metallikaasu tai sula neste muuttuu jauheeksi, jauhehiukkasten muoto pyrkii olemaan pallomainen. Suurin osa menetelmällä valmistetuista jauheista on dendriittisiä. Yleisesti ottaen mitä suurempi palloisuus, sitä parempi jauhehiukkasten juoksevuus. 3D-tulostusmetallijauhe vaatii yli 98 prosentin asfäärisyyden, jotta jauheen levitys ja jauheen syöttö on helpompi suorittaa tulostuksen aikana.

3D-metallijauhetulostuksen merkitys

Metallijauhe nopeuttaa 3D-tulostusta ja mahdollistaa nopean prototyyppien valmistuksen. Valmistajat voivat myös muokata malleja tehokkaammin. Tämä menetelmä on myös kustannustehokas, koska metalliset 3D-tulostimet käyttävät vain halutun osan valmistukseen tarvittavan määrän materiaalia. Helpottaa monimutkaisten koneenosien suunnittelua ja mahdollistaa "mahdottomien" koneenosien valmistuksen.