3D打印金属零件都有哪些材料?

3D打印金属零件都有哪些材料?

2020-10-16 10:40:09 20

自90年代中期发明以来,终于迎来了高速发展的时期。国家政府部门和传统企业都在积极推进3D打印与产业的深度融合,以期推动3D打印的市场应用,带动传统产业的转型升级。但是从目前的实际情况来看,3D打印还没有形成完善的产业链,制约其发展的原因很多,其中3D打印材料的开发和应用不成熟是一个关键因素。那么3D打印材料中最受重视的金属材料发展到了什么阶段?我们不妨按照小系列来了解一下。

3D打印机

什么是金属3D打印?

金属3D打印是一种数字热加工技术。目前,制备金属的3D打印技术主要包括选择性激光熔化/烧结(SLM/SLS)、电子束选择性熔化(EBSM)、激光近净成形(LENS)等。与传统工艺相比,金属3D打印具有直接成型、无需模具、个性化设计、结构复杂、高效低耗、低成本等优点。但由于是数字化热加工,变形无法消除,需要从工艺和经验上控制变形量,最后需要经过数控机床等技术的后处理。

国内外有哪些做金属3D打印的公司?

虽然3D打印在国内的普及是近几年才兴起的,但在国际上,3D打印的发展早在20世纪80年代就开始了。在国际上,美国ArgenCorporation(尤其是牙科金属材料领域)、美国CarpenterTechnology、德国ConceptLaser、英国CPM、德国EOS、意大利LegorGroup、英国LPWTechnology、美国火成(特别擅长国防)、瑞典山特维克、德国SLMSolutions等企业在各自的金属印刷领域提供了一系列行业解决方案。与国外相比,国内金属3D打印材料多为进口且价格昂贵,这也促使国内专门从事3D打印金属材料的企事业单位自主研发金属3D打印材料。能提供金属材料和服务最具代表性的企业有Xi安铂、银邦、上海材料研究所、上海康苏金属材料、鑫恩三维科技等企业。

金属3D打印材料的市场应用。

金属3D打印材料应用广泛,如石油化工应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。

但是由于金属3D打印材料的材料属性,都有特定的应用领域,所以选择金属3D打印材料的过程是一个权衡很多因素的过程。而且3D打印金属不能只靠金属3D打印机的参数来决定。每种金属材料都有自己的极限点,包括用途、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性,这些都是设计师要考虑的因素。

现在国内外金属3D打印机使用的金属粉末一般有工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。

工具钢和马氏体钢。

以工具钢和马氏体钢为例,工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗变形性,以及在高温下保持刃口的能力。H13热加工工具钢就是其中之一,它能承受时间不确定的工艺条件。马氏体钢,以马氏体300为例,又称“马氏体时效”钢,其高强度、韧性和时效时的尺寸稳定性是众所周知的。它们不同于其他钢,因为它们不含碳,属于金属间化合物,并通过丰富的镍、钴和钼的冶金反应而硬化。马氏体300因其高硬度和耐磨性而适用于许多模具应用,如注射成型、轻金属合金铸造、冲压和挤压等。同时,它也广泛应用于航空航天、高强度机身零件和赛车零件。

不锈钢。

不锈钢和碳钢不一样,现在的铬含量也不一样。铬含量最低为10.5%的合金钢不易生锈腐蚀。目前金属3D打印使用的不锈钢有三种:奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。

奥氏体不锈钢316L具有高强度和耐腐蚀性,可在较宽的温度范围内降低到低温,可用于航空航天、石油化工等各种工程应用。,也可用于食品加工和医疗领域。

马氏体不锈钢15-5PH,又称马氏体时效(沉淀硬化)不锈钢,强度高,韧性好,耐腐蚀,可进一步硬化,无铁素体。目前广泛应用于航空航天、石化、化工、食品加工、造纸和金属加工等行业。

17-4PH马氏体不锈钢在315℃仍具有较高的强度和韧性,并具有超强的耐蚀性,随着激光加工状态的变化,可带来优异的延展性。

合金。

金属3D打印材料使用最广泛的金属粉末合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。

纯钛和钛合金。

目前市场上使用的纯钛,也称为商用纯钛,分为一级和二级粉末,二级比一级强,对于大多数应用也具有耐腐蚀性。由于2级纯钛具有良好的生物相容性,因此在医疗行业具有广阔的应用前景。

钛是钛合金工业的关键。目前金属3D打印用的钛合金主要是5级钛合金和23级钛合金。由于它们优异的强度和韧性,加上耐腐蚀性、低比重和生物相容性,它们在航空航天和汽车制造中具有理想的应用。此外,由于它们的高强度、低模量和强抗疲劳性,它们被用于生产生物医学植入物。钛合金等级23,纯度更高,和神级一样的牙科和医用钛等级。

铝合金。

目前用于金属3D打印的铝合金主要有Al-SiAlSi12和AlSi10Mg。Al-Si12是一种热性能良好的轻添加金属粉末,可应用于换热器或其他汽车零部件等薄壁零件,也可应用于航空航天工业的样机和生产零件;硅和镁的结合使铝合金更强更硬,适合薄壁、几何形状复杂的零件,尤其是热性能好、重量轻的地方。

镍基合金、镍合金粉。

总的来说,镍基合金具有良好的抗拉伸性、抗疲劳性和抗热疲劳性。目前主要有Inconel738、HastelloyX、Inconel625、Inconel713、Inconel718等。

Inconel738具有良好的高温持久强度和抗热腐蚀性能,是一种低铬含量的超级合金。可长期暴露在高达920-980℃的高温腐蚀环境中,适用于飞机发动机和燃气轮机。

HastelloyX在高温下具有较高的强度和抗氧化性,在1200℃时也具有良好的延展性。目前主要用于航空航天技术,如燃气轮机部件和燃烧区部件如过渡管、燃烧罐、喷管、排气管、加力燃烧室等。还因为它的抗应力腐蚀开裂性,它被用于工业炉、石油化工和化学加工工业。

Inconel625在815℃左右的高温下仍具有良好的负载性能和较强的耐腐蚀性,广泛应用于航空航天、化工和电力行业。

Inconel713在927℃具有优异的抗热疲劳性能和特殊的断裂强度,适用于喷气发动机燃气轮机叶片。

Inconel718是一种以铁和镍硬化为基础的超级合金,具有良好的耐腐蚀性、耐热性、抗拉性、抗疲劳性和抗蠕变性,适用于各种高端应用,如飞机涡轮发动机和陆基涡轮。

钴铬合金、钴铬合金粉。

钴铬合金具有高强度、强耐腐蚀性、良好的生物相容性和非磁性能。主要用于外科植入物,包括合金人工关节、膝关节和髋关节,也可用于发动机零件、时装和珠宝行业。

铜基合金、青铜粉。

市场上使用的铜基合金,俗称青铜,具有良好的导热性和导电性,可以结合设计自由,产生复杂的内部结构和冷却通道。它们适用于将冷却更有效的工具插入模具,如半导体器件,也可用于薄壁和复杂形状的微型热交换器。

本文链接:http://www.3dsentson.com/news/283.html




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标签: 金属3D打印
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