Прорив матеріалу для 3D-друку металу є основою для розвитку
Матеріали для 3D-друку з металу є важливою матеріальною основою для розвитку технології 3D-друку з металу. Певною мірою розвиток матеріалів визначає, чи можна ширше використовувати 3D-друк. В даний час металеві матеріали для 3D-друку в основному включають інженерні пластики, світлочутливі смоли, гумові матеріали, металеві матеріали та керамічні матеріали. застосовано поле. Ця сировина, що використовується для 3D-друку на металі, спеціально розроблена для обладнання та процесів 3D-друку на металі, які відрізняються від звичайних пластмас, гіпсу, смол тощо, і їх форми зазвичай порошкоподібні, ниткоподібні, пластинчасті та рідкі. чекати. Зазвичай, залежно від типу друкарського обладнання та умов експлуатації, розмір частинок металевих порошкових матеріалів для 3D-друку, що використовуються, коливається від 1 до 100 мкм, і для підтримки хорошої текучості порошку зазвичай вимагається, щоб порошок мав високий ступінь сферичності. .
Дослідження, розробки та прорив матеріалів для 3D-друку з металу є основою для просування та застосування технології 3D-друку з металу, а також фундаментальною гарантією якісного друку. Один з них полягає в посиленні досліджень і розробок матеріалів і формування повної системи друкованих матеріалів. В останні роки металеві матеріали для 3D-друку швидко розвиваються. У 2013 році друк металевих матеріалів зріс на 28 відсотків, а в 2014 році він досяг понад 30 відсотків, що становить близько 12 відсотків металевих матеріалів для 3D-друку. Металеві матеріали - це в основному титан, алюміній, сталь і нікель. Титанові сплави, високотемпературні сплави, нержавіюча сталь, штампована сталь, високоміцна сталь, легована сталь і алюмінієві сплави можуть бути використані як матеріали для друку, і широко використовуються у виробництві обладнання, ремонті та відновленні. Однак на даний момент не існує системи металевих матеріалів для 3D-друку, а існуючі матеріали далекі від задоволення потреб металевого 3D-друку.
Матеріали, які використовуються для лазерного стереоформування, в основному є металевими інертними матеріалами, і наступним кроком є спроба інших активних металевих матеріалів для друку. Металеві порошки, які традиційно використовуються в порошковій металургії, не можуть повністю відповідати вимогам 3D-друку, і в даний час існує кілька типів металевих матеріалів, які можна використовувати для друку, і ціна відносно висока. Було кілька іноземних компаній, які спеціалізуються на металевому порошку для 3D-друку, наприклад Sulzer Metco у Сполучених Штатах і Sandvik у Швеції, але вони можуть надати лише кілька звичайних металевих порошків. Вітчизняні дослідження та розробки матеріалів відносно відстають, а порошок для друку надто дорогий. Оскільки цикл дослідження та розробки матеріалів є довгим, а дослідження та розробки є складнішими, ніж дослідження обладнання, підприємства неохоче проводять дослідження та розробки матеріалів з максимізації інтересів. Huanghe Cyclone Co., Ltd. є одним із небагатьох вітчизняних підприємств, що займаються виробництвом алмазного мікропорошку та мікропорошку CBN. Університетські дослідження також зацікавлені в обладнанні та програмному забезпеченні для 3D-друку, тому матеріали для друку значною мірою обмежують розробку та застосування технології 3D-друку з металу.
Металеві порошки
Металеві порошки, які використовуються в 3D-друкі, зазвичай вимагають високої чистоти, гарної сферичності, вузького розподілу частинок за розміром і низького вмісту кисню. В даний час порошкові металеві матеріали, що використовуються в 3D-друку, в основному включають титанові сплави, кобальт-хромові сплави, матеріали з нержавіючої сталі та алюмінієвих сплавів, на додаток до золота, срібла та інших порошкових матеріалів дорогоцінних металів, які використовуються для друку ювелірних виробів. 3D-друк металевого порошку, як найважливіша ланка в ланцюжку виробництва металевих деталей 3D-друку, також має найбільшу цінність.
На «2013 World 3D Printing Technology Industry Conference» авторитетні експерти світової індустрії 3D-друку дали чітке визначення металевого порошку для 3D-друку, який відноситься до групи металевих частинок, розмір яких менше 1 мм. Включаючи порошок одного металу, порошок сплаву та деякий порошок вогнетривкої суміші з металевими властивостями. В даний час металеві порошкові матеріали для 3D-друку включають кобальт-хромовий сплав, нержавіючу сталь, промислову сталь, бронзовий сплав, титановий сплав і нікель-алюмінієвий сплав тощо. Однак, крім гарної пластичності, металевий порошок для 3D-друку також повинен відповідати вимогам тонкості. розмір частинок порошку, вузький розподіл частинок за розміром, висока сферичність, хороша текучість і висока насипна щільність.
3D-друк із титанового сплаву
Титановий сплав має такі переваги, як стійкість до високих температур, висока стійкість до корозії, висока міцність, низька щільність і біосумісність, і він широко використовується в аерокосмічній, хімічній промисловості, ядерній промисловості, спортивному обладнанні та медичному обладнанні та інших галузях. Деталі з титанового сплаву, виготовлені традиційними методами кування та лиття, широко використовуються в галузях високих технологій. Кількість титану, який використовується в літаку Boeing 747, досягає 42,7 т. Однак виробництво великих деталей із титанового сплаву традиційними методами кування та лиття перешкоджало його більш широкому застосуванню через несприятливі фактори, такі як висока вартість продукту, складний процес, низький рівень використання матеріалу та важка подальша обробка. Технологія 3D-друку на металі може принципово вирішити ці проблеми, тому останніми роками ця технологія стала новою технологією для безпосереднього виготовлення деталей із титанового сплаву. Розробка нових сплавів на основі титану є основним напрямком прикладних досліджень титанового сплаву SLM. Через низький індекс деформаційного зміцнення титану та титанових сплавів (приблизно 0.15) стійкість до пластичної деформації зсуву та зносостійкість є поганими, що обмежує використання його деталей в умовах високої температури та корозійного зносу.
3D друк з нержавіючої сталі
Нержавіюча сталь має характеристики стійкості до хімічної корозії, стійкості до високих температур і хороших механічних властивостей. Завдяки хорошій здатності до формування порошку, простому процесу підготовки та низькій вартості це найперший матеріал, який використовувався для 3D-друку металу. Наприклад, Науково-технічний університет Хуачжун, Нанкінський університет аеронавтики та астронавтики, Північно-східний університет та інші установи провели глибокі дослідження 3D-друку на металі. Поточні дослідження в основному зосереджені на зменшенні пористості, підвищенні міцності та механізмі сфероїдизації металевого порошку в процесі плавлення. Li Ruidi та ін. використовували різні параметри процесу для проведення тестів на формування SLM порошку з нержавіючої сталі 304L, отримали емпіричну формулу для щільності нержавіючої сталі 304L і підсумували механізм росту зерен.
3D друк суперсплавів
Суперсплави відносяться до класу металевих матеріалів на основі заліза, нікелю та кобальту, які можуть працювати протягом тривалого часу при високих температурах вище 600 градусів і в певних напружених середовищах. Він має високу високотемпературну міцність, хорошу термічну корозію та стійкість до окислення, а також хорошу пластичність і міцність. В даний час за типом матриці сплаву можна умовно розділити на три види: сплави на основі заліза, нікелю та кобальту. Жаропрочні сплави в основному використовуються в високопродуктивних двигунах. У сучасних передових авіаційних двигунах кількість високотемпературних сплавів становить від 40 до 60 відсотків від загальної маси двигуна. Розробка сучасних високопродуктивних авіаційних двигунів висуває все більш високі вимоги до робочої температури та характеристик суперсплавів. Традиційний металургійний процес злитка має повільну швидкість охолодження, сильну сегрегацію певних елементів і других фаз у зливку, погану оброблюваність у гарячому стані, нерівномірну структуру та нестабільну продуктивність. Технологія 3D-друку металу стала новим методом вирішення технічних проблем у формуванні суперсплавів. У NASA заявили, що під час випробувань на запалювання при високій температурі, проведених 22 серпня 2014 року, сопло ракетного двигуна, виготовлене за технологією 3D-друку з металу, створило рекордну тягу 9 тонн.
3D друк з алюмінієвого сплаву
Як найлегший конструкційний сплав, алюмінієвий сплав має можливість замінити сталь і алюмінієвий сплав у багатьох сферах застосування завдяки своїй особливій високій міцності та амортизаційним властивостям. Наприклад, використання легких алюмінієвих сплавів у компонентах автомобілів і літаків може зменшити споживання палива та викиди вихлопних газів. Алюмінієвий сплав має здатність до розкладання на місці, низький модуль Юнга, міцність, близьку до людської кістки, чудову біосумісність і має більше перспектив застосування, ніж традиційні сплави для хірургічної імплантації.
З моменту появи технології тривимірного друку металу в 1990-х роках друк полімерних матеріалів поступово зосередився на друку металевих порошків, і було розроблено велику кількість нових технологій, нового обладнання та нових матеріалів. застосовується. Зараз інновації в інформаційних технологіях продовжують розвиватися, а промислове виробництво переходить на новий етап інтелекту та цифровізації. У 2014 році Німеччина запропонувала план розвитку «Індустрія 4.0», який неодмінно спричинить руйнівні зміни та інновації в галузі промисловості, а технологія 3D-друку стане потужним поштовхом для розвитку промислового інтелекту. Технологія 3D-друку металевого порошку досягла певних результатів, але вузьке місце матеріалу неминуче вплине на просування технології 3D-друку, а технологія 3D-друку висуває вищі вимоги до матеріалів. Існує багато типів металевих матеріалів, придатних для промислового 3D-друку, але тільки спеціальні порошкові матеріали можуть відповідати вимогам промислового виробництва.
Майбутній напрямок розвитку 3D-друку металевих матеріалів в основному має три аспекти:
Один із них полягає в тому, як посилити дослідження взаємозв’язку між структурою та властивостями матеріалу на основі існуючих матеріалів, додатково оптимізувати параметри процесу відповідно до властивостей матеріалів, збільшити швидкість друку, зменшити пористість і вміст кисню, а також покращити якість поверхні;
По-друге, розробити нові матеріали, щоб зробити їх придатними для 3D-друку на металі, наприклад, розробити нові матеріали з чудовою стійкістю до корозії, високої температури та комплексними механічними властивостями;
По-третє, це переглянути та вдосконалити систему технічних стандартів 3D-друку металевих порошкових матеріалів для реалізації інституціоналізації та нормалізації технічних стандартів друку металевих матеріалів.