Materials metàl·lics en pols per a impressió 3D

La impressió 3D metàl·lica és una tecnologia d'impressió 3D que utilitza pols metàl·lica per imprimir directament peces metàl·liques, també conegudes com a sinterització en pols metàl·lica (SLM). A més d'una bona plasticitat, la impressió 3D de pols metàl·lica també ha de complir els requisits de la mida de partícula en pols fina i la distribució d'alta mida de partícula. Estret, alta esfericitat, bona fluïdesa i requisits d'alta densitat a granel. Actualment, les pols metàl·liques utilitzades en la majoria de les impressores 3D inclouen acer inoxidable, aliatges d'alumini, aliatges de cobalt-crom, aliatges de coure, aliatges de titani i aliatges de níquel. Els aliatges a base de ferro són enginyeria El material metàl·lic més important i més utilitzat en tecnologia s'utilitza principalment per a la formació d'estructures complexes, i s'utilitza àmpliament en aeroespacial, automòbil, construcció naval, fabricació de maquinària i altres indústries.

El tipus de pols metàl·lica i el procés d'impressió 3D utilitzat per determinar les propietats del producte final

● Pols d'acer inoxidable

Materials d'impressió metàl·lica relativament barats, rendibles, bona resistència a la corrosió, d'alta resistència, poden fabricar ràpidament i eficientment petits lots de peces industrials complexes.

● Pols d'aliatge d'alumini

En l'actualitat, els aliatges d'alumini utilitzats en la impressió 3D metàl·lica inclouen principalment silici d'alumini AlSi12 i AlSi10Mg. El silici d'alumini 12 és un additiu lleuger utilitzat per produir pols metàl·lics amb bones propietats tèrmiques. La combinació de silici i magnesi permet que els aliatges d'alumini tinguin una major resistència. i rigidesa, fent-la adequada per a geometries de parets fines i complexes, especialment en aplicacions amb bones propietats tèrmiques i baix pes. Els aliatges d'alumini són la classe més utilitzada de materials estructurals no fèrrics en alta resistència, prop o superant l'acer d'alta qualitat, i una bona plasticitat. La investigació mostra que els aliatges d'alumini per a la impressió 3D poden aconseguir peces denses, estructures petites i propietats mecàniques comparables o fins i tot millors que les peces de fosa, i en comparació amb els processos tradicionals La qualitat de les peces es pot reduir en un 22%, però el cost es pot reduir en un 30%.

● Pols d'aliatge de cobalt-crom

A causa de la seva excel·lent resistència al desgast i resistència a la corrosió, la pols d'aliatge de cobalt-crom per a la impressió 3D metàl·lica s'utilitza comunament per imprimir diverses articulacions artificials i implants ortopèdics, i també s'utilitza en el camp de l'odontologia.

● Pols d'aliatge de coure

Amb una excel·lent conductivitat tèrmica i elèctrica, el coure amb una excel·lent conductivitat tèrmica en aplicacions de gestió tèrmica es pot combinar amb la llibertat de disseny per produir estructures internes complexes i canals de refrigeració conformes.

● Pols d'aliatge de titani

S'utilitza àmpliament en el camp aeroespacial, utilitzant els avantatges de la impressió 3D per ajudar a optimitzar el disseny del producte, com ara substituir el cos sòlid original per una estructura complexa i raonable, de manera que el producte acabat tingui un pes més baix i millors propietats mecàniques. Això no només pot reduir costos, sinó que també es pot aconseguir una producció lleugera de cada component.

● Pols d'aliatge de níquel

La resistència a l'oxidació i la resistència a la corrosió de l'aliatge de níquel el fan adequat per a un entorn dur d'alta temperatura i alta pressió. Quan s'escalfa l'aliatge de níquel, es passivarà una capa d'òxid gruixuda i estable a la superfície de l'aliatge per protegir l'interior de l'aliatge de la corrosió. Les bones propietats mecàniques es mantenen en un ampli rang de temperatura.

Com s'utilitzen els materials en pols per a la impressió 3D

Un feix làser d'alta energia, controlat per dades del model 3D, s'utilitza per fondre localment la matriu metàl·lica, mentre que la sinterització solidifica el material metàl·lic en pols i automàticament l'apilament capa per capa per generar denses parts sòlides geomètriques.

Com produir pols metàl·lics d'impressió 3D

La fabricació de pols metàl·lica és un aspecte fonamental de la metal·lúrgia en pols. Els diferents mètodes utilitzats per preparar pols metàl·lics inclouen reducció, electròlisi, descomposició de carbonil, mòlta i atomització.

Els quatre mètodes més utilitzats per produir pols metàl·lics són la reducció d'estat sòlid, l'electròlisi, la química i l'atomització.

La majoria dels fabricants utilitzen mètodes d'electròlisi i reducció per produir pols metàl·liques elementals. Però no són adequats per a la producció de pols d'aliatge. No obstant això, el mètode d'atomització tendeix a superar aquesta limitació, de manera que els fabricants l'utilitzen per a la producció de pols d'aliatge.

L'electròlisi és un altre mètode utilitzat per produir metalls en pols. En triar la composició electròlit adequada, la temperatura, la concentració i la densitat de corrent, es poden dipositar diferents metalls com esponges o pols. Això es pot seguir rentant, assecant, reduccions, recuit i triturat. Aquest mètode produeix pols metàl·lics de molt alta puresa. S'utilitza bàsicament per a pols de coure altament conductores a causa dels seus alts requeriments energètics.

El mètode d'atomització es refereix a un mètode de trituració de metall fos en partícules amb una mida inferior a 150 μm per mètodes mecànics. Segons el mètode de trituració de metall fos, els mètodes d'atomització inclouen atomització de dos corrents, atomització centrífuga, atomització ultrasònica, atomització al buit, etc. Aquests mètodes d'atomització tenen les seves pròpies característiques i s'han utilitzat amb èxit en la producció industrial. Entre ells, el mètode d'atomització de vapor d'aigua té els avantatges d'equips i processos de producció simples, baix consum d'energia i gran mida de lot, i s'ha convertit en la pols metàl·lica principal. Mètodes de producció industrial.

Requisits de rendiment d'impressió 3D per a pols metàl·lics

1. Puresa

Les inclusions ceràmiques reduiran significativament el rendiment de la part final, i aquestes inclusions generalment tenen un punt de fusió elevat i són difícils de sinter, de manera que no hi ha d'haver inclusions ceràmiques en la pols. A més, el contingut d'oxigen i nitrogen també s'ha de controlar estrictament. En l'actualitat, la tecnologia de preparació en pols per a la impressió 3D metàl·lica es basa principalment en el mètode d'atomització. La pols té una gran superfície específica i és fàcil d'oxidar. En camps d'aplicació especials com l'aeroespacial, els clients tenen requisits més estrictes per a aquest índex, com les superàl·lies El contingut d'oxigen de la pols és de 0,006%-0,018%, el contingut d'oxigen de pols d'aliatge de titani és de 0,007%-0,013%, i el contingut d'oxigen de pols d'acer inoxidable és de 0,010%-0,025%.

2. Fluïdesa en pols i densitat a granel

La fluïdesa en pols afecta directament la uniformitat de la propagació de pols durant el procés d'impressió i l'estabilitat del procés d'alimentació en pols. La fluïdesa està relacionada amb la morfologia en pols, la distribució de la mida de partícules i la densitat de granel. Com més petita sigui la proporció de pols fina, millor serà la seva fluïdesa; la densitat de partícules es manté sense canvis, la densitat relativa augmenta i la fluïdesa en pols augmenta. A més, l'adsorció d'aigua, gas, etc. a la superfície de partícules reduirà la fluïdesa en pols.

3. Distribució de la mida de partícules en pols

Diferents equips d'impressió 3D i processos de formació tenen diferents requisits per a la distribució de la mida de partícules en pols. En l'actualitat, el rang de mida de partícules de pols comunament utilitzat en la impressió 3D metàl·lica és de 15-53μm (pols fina), i 53-105μm (pols gruixuda). L'elecció de la mida de partícula de pols metàl·lica per a la impressió 3D és principalment Segons les impressores metàl·liques amb diferents fonts d'energia, les impressores que utilitzen làser com a font d'energia són adequades per utilitzar pols de 15-53μm com a consumibles a causa del seu punt d'enfocament fi i la fàcil fusió de pols fina. El mètode de subministrament de pols és el recobriment en pols capa per capa; La impressora de dispersió de pols amb un feix d'electrons com a font d'energia té un punt d'enfocament lleugerament més gruixut, que és més adequat per fondre pols gruixuda i és adequat per a l'ús de pols gruixuda de 53-105 μm; per a la impressora de tipus d'alimentació en pols coaxial, la mida de partícula de 105-150 μm es pot utilitzar en pols com a consumibles.

4. Morfologia en pols

La morfologia en pols està estretament relacionada amb el mètode de preparació de pols. Generalment, quan el gas metàl·lic o líquid fos es transforma en pols, la forma de les partícules en pols tendeix a ser esfèrica. La majoria de les pols preparades pel mètode són dendrítiques. En termes generals, com més alta sigui l'esfericitat, millor serà la fluïdesa de les partícules en pols. La pols metàl·lica d'impressió 3D requereix una asfericitat de més del 98% perquè la propagació de la pols i l'alimentació en pols siguin més fàcils de realitzar durant la impressió.

La importància de la impressió en pols metàl·lica 3D

La pols metàl·lica fa que la impressió 3D sigui més ràpida i permet prototips ràpids. Els fabricants també poden modificar els dissenys de manera més eficient. Aquest mètode també és rendible perquè les impressores 3D metàl·liques utilitzen només la quantitat de material necessari per fer la part desitjada. Facilita el disseny de peces de màquina complexes i permet la producció de peces de màquina "impossibles".