Тривимірний друк (також відомий як адитивне виробництво) виготовляє деталі з цифрових моделей за допомогою методу шару за шаром будівельних матеріалів. 3D-друк широко використовується для виробництва полімерів, металів, бетону та гідрогелів. Metal AM може виробляти широкий спектр металів, але алюміній AM використовується для розробки деталей спеціально для аерокосмічної та автомобільної промисловості.
Зокрема, виробництво металевих добавок отримало велику увагу через його переваги перед традиційними методами виробництва, такими як лиття, формування та механічна обробка.
Виробництво металевих добавок використовується в аерокосмічній, нафтогазовій, морській та автомобільній промисловості завдяки таким перевагам, як свобода дизайну деталей, складність деталей, легкість, інтеграція деталей та функціональний дизайн. Крім того, адитивне виробництво — це технологія виробництва без використання інструментів, яка дозволяє виробляти повністю щільні металеві об’єкти з високою точністю за менший час.
Методи 3D-друку алюмінію
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) — це метод 3D-друку алюмінію з високою поверхнею та високою точністю. Процес починається з локального плавлення матеріалу за допомогою потужного лазера, який потім утворює суцільний шар твердого металу. У цій техніці матеріал і підкладка для деталей створюються одночасно, і на основі властивостей сплаву на основі алюмінію параметри процесу можна змінювати для налаштування пористості, мікроструктури та кінцевих властивостей матеріалу.
Електронно-променеве сплавлення шару порошку — це метод, подібний до LPBF, у якому електронний промінь використовується для затвердіння металевих порошків. Завдяки високій температурі обробки електронного променя моношар 3D-друкованої частини поступово охолоджується, що призводить до більш грубої мікроструктури порівняно з LPBF.
AlSi10Mg — це алюмінієвий сплав, який зазвичай використовується для 3D-друку алюмінієвих промислових застосувань. Його перевагами є висока міцність, в'язкість, динамічна маса, покращені термічні властивості та здатність до нарощування.
AlSi7Mg — ще один високоміцний сталевий сплав, який використовується в конструкційних компонентах аерокосмічної, оборонної та автомобільної промисловості. Основними перевагами 3D-друкованого AlSi7Mg є його легка вага, стійкість до корозії та висока динамічна несуча здатність.
Крім того, деякі дослідження продемонстрували успішний друк Al6061 і Al7075, які раніше вважалися несумісними з методами виробництва металевих добавок.
Останні дослідження 3D-друку алюмінію
У недавньому дослідженні, опублікованому в журналі Ceramics, дослідники з Китаю надрукували кераміку Al2O3, зв’язану фосфатом алюмінію, використовуючи метод прямого написання чорнилом. Їх основний висновок полягав у тому, що кераміка Al2O3 демонструє наднизьку розмірну усадку через додавання неорганічних сполучних речовин.
Недавні дослідження досліджували надруковані на 3D-принтері алюмінієві композитні сендвіч-структури для аерокосмічної промисловості. 3D-друк композитних сендвіч-конструкцій може підвищити стійкість і гнучкість виробництва в аерокосмічній промисловості.
Додавання наноматеріалів до алюмінію також є останньою темою дослідження 3D-друку металів. Наноматеріали покращили механічні та термічні властивості 3D-друкованого алюмінію, а злиття наночастинок під час процесу 3D-друку покращило продуктивність 3D-друкованого алюмінію.
Переваги 3D друку з алюмінію
Перевага алюмінієвого 3D-друку полягає в тому, що механічні властивості алюмінію можна змінити шляхом зміни мікроструктури та внутрішнього розподілу сил. Дослідження алюмінієвого 3D-друку також продемонстрували економію матеріалів порівняно з традиційними методами. Високотехнологічні галузі промисловості, в яких використовується адитивне виробництво металів, продемонстрували швидше виготовлення складних деталей, вищу міцність матеріалу та пластичність порівняно з традиційними методами.
Виробництво алюмінієвих добавок також дозволяє виготовляти оптимізовані конструкції, які в іншому випадку були б дорогими, трудомісткими або навіть неможливими для виготовлення традиційними методами виробництва. Крім того, надруковані на 3D-принтері алюмінієві деталі можна використовувати з іншими деталями для створення гібридних структур.
Використовуючи алюмінієвий 3D-друк, також можна виготовити конструктивні деталі з властивостями поглинання енергії та властивостями внутрішнього зміцнення. Крім того, небажані залишкові напруги, створені в конструкціях, можна перетворити на сприятливі попередні напруги.
Виклики та майбутні масштаби 3D-друку з алюмінію
Значні проблеми залишаються в 3D-друкі алюмінію для різноманітних промислових застосувань. У деяких випадках 3D-друк алюмінію дорожчий, ніж традиційні методи виробництва. У металевому 3D-друкі існуючі методи проектування повинні бути модифіковані для врахування змін властивостей матеріалу та змінної геометрії.
Технологія виробництва металевих добавок потребує більшої стандартизації та впровадження нових процедур забезпечення якості, щоб забезпечити надійність виготовлених деталей протягом усього життєвого циклу. Поки ці технічні та промислові проблеми вирішуються, алюмінієвий 3D-друк має великий потенціал для застосування в різних галузях промисловості.