Materiali iz kovinskega prahu za 3D tiskanje

Kovinski 3D tisk je tehnologija 3D tiska, ki uporablja kovinski prah za neposredno tiskanje kovinskih delov, znano tudi kot sintranje kovinskega prahu (SLM). Poleg dobre plastičnosti mora 3D tiskanje kovinskega prahu izpolnjevati tudi zahteve glede velikosti delcev finega prahu in visoke porazdelitve velikosti delcev. Ozka, visoka sferičnost, dobra fluidnost in visoka nasipna gostota. Trenutno kovinski prah, ki se uporablja v večini 3D tiskalnikov, vključuje nerjaveče jeklo, aluminijeve zlitine, kobalt-kromove zlitine, bakrove zlitine, titanove zlitine in nikljeve zlitine. Zlitine na osnovi železa so inženirstvo. Najpomembnejši in najpogosteje uporabljen kovinski material v tehnologiji se večinoma uporablja za oblikovanje kompleksnih struktur in se pogosto uporablja v vesoljski, avtomobilski, ladjedelniški, strojegradnji in drugih industrijah.

Vrsta kovinskega prahu in postopek 3D tiskanja, ki se uporablja za določitev lastnosti končnega izdelka

● Prah iz nerjavnega jekla

Relativno poceni kovinski tiskarski materiali, stroškovno učinkoviti, dobra odpornost proti koroziji, visoka trdnost, lahko hitro in učinkovito izdelajo majhne serije kompleksnih industrijskih delov.

● prah iz aluminijeve zlitine

Trenutno aluminijeve zlitine, ki se uporabljajo v kovinskem 3D tiskanju, vključujejo predvsem aluminijev silicij AlSi12 in AlSi10Mg. Aluminij silicij 12 je lahek dodatek, ki se uporablja za proizvodnjo kovinskih prahov z dobrimi toplotnimi lastnostmi. Kombinacija silicija in magnezija omogoča aluminijevim zlitinam večjo trdnost. in togost, zaradi česar je primeren za tankostenske in kompleksne geometrije, zlasti pri aplikacijah z dobrimi toplotnimi lastnostmi in majhno težo. Aluminijeve zlitine so najpogosteje uporabljen razred neželeznih konstrukcijskih materialov z visoko trdnostjo, ki je blizu ali presega visokokakovostno jeklo in ima dobro plastičnost. Raziskave kažejo, da lahko aluminijeve zlitine za 3D tiskanje dosežejo goste dele, majhne strukture in mehanske lastnosti, ki so primerljive ali celo boljše kot deli za ulivanje in v primerjavi s tradicionalnimi postopki. Kakovost delov je mogoče zmanjšati za 22 odstotkov, vendar je mogoče znižati stroške za 30 odstotkov.

● Kobalt-kromova zlitina v prahu

Zaradi odlične odpornosti proti obrabi in koroziji se prah iz kobalt-kromove zlitine za kovinski 3D tisk pogosto uporablja za tiskanje različnih umetnih sklepov in ortopedskih vsadkov, uporablja pa se tudi na področju zobozdravstva.

● Bakrova zlitina v prahu

Z odlično toplotno in električno prevodnostjo se baker z odlično toplotno prevodnostjo v aplikacijah za upravljanje toplote lahko kombinira s svobodo oblikovanja za izdelavo kompleksnih notranjih struktur in konformnih hladilnih kanalov.

● prah iz titanove zlitine

Široko se uporablja na letalskem področju, pri čemer uporablja prednosti 3D tiskanja za pomoč pri optimizaciji oblikovanja izdelka, kot je zamenjava originalnega trdnega telesa s kompleksno in razumno strukturo, tako da ima končni izdelek manjšo težo in boljše mehanske lastnosti. To lahko ne samo zmanjša stroške, ampak je mogoče doseči tudi lahko proizvodnjo vsake komponente.

● Prah iz nikljeve zlitine

Odpornost na oksidacijo in korozijsko odpornost nikljeve zlitine omogočata, da je primerna za ostro okolje visoke temperature in visokega tlaka. Ko se nikljeva zlitina segreje, se na površini zlitine pasivira debela in stabilna oksidna plast, da se zaščiti notranjost zlitine pred korozijo. Dobre mehanske lastnosti se ohranjajo v širokem temperaturnem območju.

Kako se praškasti materiali uporabljajo za 3D tiskanje

Visokoenergetski laserski žarek, ki ga nadzorujejo podatki 3D modela, se uporablja za lokalno taljenje kovinske matrice, medtem ko sintranje strdi kovinski material v prahu in samodejno zlaganje plasti za plastjo za ustvarjanje gostih geometrijskih trdnih delov.

Kako izdelati kovinske prahove za 3D tiskanje

Proizvodnja kovinskega prahu je temeljni vidik metalurgije prahu. Različne metode, ki se uporabljajo za pripravo kovinskih prahov, vključujejo redukcijo, elektrolizo, karbonilno razgradnjo, mletje in atomizacijo.

Štiri najpogosteje uporabljene metode za proizvodnjo kovinskih prahov so redukcija v trdnem stanju, elektroliza, kemična in atomizacija.

Večina proizvajalcev uporablja metode elektrolize in redukcije za proizvodnjo elementarnih kovinskih prahov. Niso pa primerni za proizvodnjo zlitin v prahu. Vendar metoda atomizacije teži k premagovanju te omejitve, zato jo proizvajalci uporabljajo za proizvodnjo zlitin v prahu.

Elektroliza je še ena metoda, ki se uporablja za proizvodnjo kovin v prahu. Z izbiro ustrezne sestave elektrolita, temperature, koncentracije in gostote toka lahko različne kovine odlagamo kot gobice ali prah. Temu lahko sledi pranje, sušenje, redukcija, žarjenje in drobljenje. Ta metoda proizvaja kovinski prah zelo visoke čistosti. V osnovi se uporablja za visoko prevodne bakrene prahove zaradi visokih energetskih zahtev.

Metoda atomizacije se nanaša na metodo drobljenja staljene kovine v delce z velikostjo manj kot 150 μm z mehanskimi metodami. Glede na metodo drobljenja staljene kovine metode atomizacije vključujejo dvotočno atomizacijo, centrifugalno atomizacijo, ultrazvočno atomizacijo, vakuumsko atomizacijo itd. Te metode atomizacije imajo svoje značilnosti in se uspešno uporabljajo v industrijski proizvodnji. Med njimi ima metoda atomizacije vodne pare prednosti enostavne proizvodne opreme in procesa, nizke porabe energije in velike velikosti serije ter je postala glavni kovinski prah. Industrijske proizvodne metode.

Zahteve glede zmogljivosti 3D tiskanja za kovinski prah

1. Čistost

Keramični vključki bodo znatno zmanjšali zmogljivost končnega dela, ti vključki pa imajo praviloma visoko tališče in jih je težko sintrati, zato v prahu ne sme biti keramičnih vključkov. Poleg tega je treba strogo nadzorovati tudi vsebnost kisika in dušika. Trenutno tehnologija priprave prahu za kovinsko 3D tiskanje v glavnem temelji na metodi atomizacije. Prašek ima veliko specifično površino in se zlahka oksidira. Na posebnih področjih uporabe, kot je letalstvo, imajo stranke strožje zahteve za ta indeks, kot so superzlitine. Vsebnost kisika v prahu je 0.006 odstotkov -0.018 odstotkov, je vsebnost kisika v prahu titanove zlitine 0,007 odstotka -0,013 odstotka, vsebnost kisika v prahu iz nerjavnega jekla pa 0,010 odstotka -0,025 odstotka.

2. Pretočnost prahu in nasipna gostota

Tekočnost prahu neposredno vpliva na enakomernost razprševanja prahu med postopkom tiskanja in stabilnost postopka polnjenja prahu. Pretočnost je povezana z morfologijo prahu, porazdelitvijo velikosti delcev in nasipno gostoto. Manjši kot je delež finega prahu, boljša je njegova tekočnost; gostota delcev ostane nespremenjena, relativna gostota se poveča in pretočnost prahu se poveča. Poleg tega bo adsorpcija vode, plina itd. na površini delcev zmanjšala pretočnost prahu.

3. Porazdelitev velikosti delcev prahu

Različna oprema za 3D tiskanje in procesi oblikovanja imajo različne zahteve za porazdelitev velikosti delcev prahu. Trenutno je razpon velikosti delcev prahu, ki se običajno uporablja pri kovinskem 3D-tiskanju, 15-53 μm (fin prah) in 53-105 μm (grobi prah). Izbira velikosti delcev kovinskega prahu za 3D tiskanje je v glavnem Glede na kovinske tiskalnike z različnimi viri energije so tiskalniki, ki uporabljajo laser kot vir energije, primerni za uporabo 15-53 μm prahu kot potrošnega materiala zaradi svoje fine točke ostrenja in enostavnega taljenja finega prahu. Metoda oskrbe s prahom je plast za plastjo prašno lakiranje; Praškasti tiskalnik z elektronskim snopom kot virom energije ima nekoliko debelejšo fokusno točko, ki je primernejša za taljenje grobega prahu in je primerna za uporabo grobega prahu 53-105 μm; za koaksialni tiskalnik s prašnim dovajanjem se lahko kot potrošni material uporabi prah z velikostjo delcev 105-150 μm.

4. Morfologija prahu

Morfologija prahu je tesno povezana z metodo priprave prahu. Na splošno, ko se kovinski plin ali staljena tekočina pretvori v prah, je oblika delcev prahu sferična. Večina praškov, pripravljenih po metodi, je dendritičnih. Na splošno velja, da višja kot je sferičnost, boljša je pretočnost delcev prahu. Kovinski prah za 3D tiskanje zahteva več kot 98-odstotno asferičnost, tako da je razprševanje prahu in dovajanje prahu med tiskanjem lažje izvesti.

Pomen 3D tiskanja kovin v prahu

Kovinski prah omogoča hitrejše 3D tiskanje in omogoča hitro izdelavo prototipov. Proizvajalci lahko tudi učinkoviteje spreminjajo zasnove. Ta metoda je tudi stroškovno učinkovita, ker kovinski 3D tiskalniki uporabljajo samo količino materiala, ki je potrebna za izdelavo želenega dela. Omogoča enostavno načrtovanje kompleksnih strojnih delov in omogoča izdelavo "nemogoče" strojne dele.