Металлические 3D образцы печати

Принцип работы технологии формирования селективного лазерного плавления (SLM) аналогичен селективному лазерному спеканию (SLS). Основное отличие заключается в различных способах объединения порошков. SLS объединяет высокие точки плавления металла или неметаллических порошков путем плавления низкоплавильных металлов или связующих веществ, в то время как технология SLM полностью расплавляет металлические порошки, требуя значительно более высокой плотности мощности лазера, чем SLS.
Для достижения мгновенной плавления металлического порошка необходим высокомощный лазер плотности, а пятно сфокусировано на нескольких десятках градусов μ м. В настоящее время технология SLM использует волоконные лазеры с мощностью лазера от 50 Вт до 400 Вт и плотностью мощности свыше 5 × 106 Вт/см2.
Принцип формирования: Во-первых, трехмерная модель разбивается на слои с помощью программы для нарезки ломтиками, а модель дискретизируется в двухмерные поперечные формы. Путь сканирования планируется, а затем преобразуется в информацию лазерного сканирования. Перед сканированием скребок равномерно распределяет металлический порошок в устройстве подачи порошка в зону лазерной обработки. Затем калькулятор контролирует отклонение сканирующего гальванического элемента на основе информации лазерного сканирования, избирательно излучая лазерный луч в обрабатываемую область для получения двухмерного твердого тела текущего двумерного поперечного сечения. Затем область формовки опускается на одну толщину слоя, повторяет вышеуказанный процесс и накапливаются слоями для получения прототипа продукта.
Схема технологии SLM
Процесс формирования
Для обеспечения быстрого плавления порошковых металлических материалов технология SLM требует высокоэффективного лазера с точечной фокусикой, сфокусированный на нескольких десятках μ M до нескольких сотен μ M. Технология SLM в настоящее время обычно использует волоконные лазеры с прекрасными режимами луча, Мощность лазера выше 50 вт и плотность мощности более 5 × 106 Вт/см2. Под действием высокой плотности лазерной энергии металлический порошок полностью расплавляется, а после теплоотвода и охлаждения его можно сварить и сформировать с помощью твердотельной металлургии. Технология SLM — это технология быстрого создания прототипов, которая накапливает и формирует трехмерные объекты на уровне слоя в рамках этого процесса.
В процессе литья SLM для улучшения возможности формования порошка необходимо повысить смачиваемость жидкого металла. Если в процессе формовки жидкий металл образует шарики, это указывает на то, что смачиваемость жидкого металла низкая. На смачиваемость жидкого металла до твердого металла влияют параметры процесса, поэтому параметры процесса можно оптимизировать для улучшения смачиваемости конкретных порошков.
Технологические преимущества
(1) модели САПР могут быть напрямую сделаны в терминальных металлических продуктах с помощью простых процессов постобработки или обработки поверхности.
(2) подходит для заготовок различной сложной формы.
(3) плотность может почти достигать 100%, а механические свойства сопоставимы с теми, которые получены при технологии ковки.
(4) полученные металлические детали имеют высокую точность размеров и хорошие значения шероховатости поверхности.
(5) возможность расплавления металлов с высокой температурой плавления при низкой мощности позволяет производить детали с использованием однокомпонентных металлических порошков, а разнообразие доступных для выбора металлических порошков значительно расширилось.
(6) может использовать титановый порошок и никель на основе высокотемпературного легированного порошка для прямой обработки, решая проблему сложной обработки сложных высокотемпературных легированных деталей с однородной микроструктурой, широко используемых в аэрокосмической промышленности; он также может решить проблему обработки градиентных функциональных материалов с непрерывными изменениями компонентов в биомедицинских применениях.
изображение
В нашей промышленной области 3D-печать металла может быть важным направлением развития современного производства, а также очень перспективной технологией в системе 3D-печати. Как 3D-печать превращают металл в физический объект? Какой процесс требуется для прохождения?
В настоящее время существует пять основных технологий 3D-печати: Наночастицы Формование Jet Metal (NPJ), селективное лазерное спекание (SLS), селективное лазерное плавления (SLM), Лазерное формирование ближней сети (ЛИНЗА) и электронное облучение (EBM). Мы в основном введем принцип формирования селективного лазерного плавления (SLM), и вы сможете самостоятельно искать и узнавать об этом. Selective Laser Sintering (SLS) — это самая ранняя технология 3D-печати металла, которая появилась на этапе разработки. Принцип работы системы заключается в использовании лазерного луча для сканирования предварительно уложенного порошка, повышения температуры до точки плавления и придания формы. После того как на каждом слое сгорели, платформа опускается, и на этом слое вновь закладывается новый порошок. Описанный выше процесс повторяется, и, наконец, он полностью охлаждается, образуя твердую модель.
Какие материалы могут печатать на 3D-принтерах
В настоящее время в металлодетевом 3D принтере, как на внутреннем, так и на международном уровне, используются металлические порошки, в том числе инструментальная сталь, мартенситная сталь, нержавеющая сталь, чистые титановые и титановые сплавы, алюминиевые сплавы, сплавы на основе никеля, сплавы на основе меди, сплавы из кобальта хрома, и т.д.
1. Инструментальная сталь и мартенситная сталь
В качестве примеров можно привести стальную и мартенситную сталь, применимость инструментальной стали достигается благодаря ее превосходной твердости, износостойкости и устойчивости к деформации, а также ее способности поддерживать режущие кромки при высоких температурах. Пресс-форма H13 из них является высокопрочной, прочной и устойчивой к размерам, которая может выдерживать неопределенные условия процесса; Мартенситная сталь, в качестве примера возьмем мартенситную сталь 300, также известную как мартенситная старение, хорошо известна своей прочностью, прочностью и стабильностью размеров во время процесса старения. Они отличаются от других сталей, поскольку не содержат углерода и относятся к интерметаллическим соединениям, которые затвердевают в результате богатых металлургических реакций никеля, кобальта и молибдена. Благодаря высокой твердости и износостойкости мартенситы 300 подходят для многих видов применения в пресс-формах, таких как литье литейных форм, литье из лёгкого металла, штамповка и экструзия и др. также широко используются в аэрокосмической промышленности, высокопрочных компонентах фюзеляжа и гоночных деталях.
2. Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь отличается от углеродистой стали, а текущее содержание хрома отличается. Стальной сплав с самым низким содержанием хрома в 10.5% менее подвержен коррозии и ржавчине. В настоящее время существует три основных типа нержавеющей стали, используемых для 3D-печати металла: Аустенитной нержавеющей стали 316L, мартенситной нержавеющей стали 15-5PH, и мартенситной нержавеющей стали 17-4PH.
Аустенитическая нержавеющая сталь 316L обладает высокой прочностью и коррозионной устойчивостью, и может быть снижена до низких температур в широком диапазоне температур. Он может использоваться в различных инженерных областях, таких как аэрокосмическая и нефтехимическая промышленность, а также в пищевой промышленности и в медицине.
Мартенситная нержавеющая сталь 15-5PH, также известная как мартенситное старение (осадкоупрочнение) нержавеющей стали, имеет высокую прочность, хорошую прочность, коррозионную стойкость, и может еще более затвердеть, делая ее ферритической свободной. В настоящее время широко используется в аэрокосмической, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, производстве бумаги, и металлообрабатывающей промышленности. Мартенситная нержавеющая сталь 17-4PH все еще обладает высокой прочностью и прочностью при температурах до 315°C, и обладает превосходной коррозионной устойчивостью. Лазерная обработка позволяет добиться превосходной пластичности.
3. Сплав
Наиболее широко используемые сплавы металлов порошковые для материалов 3D печати включают в себя чистые титановые и титановые сплавы, алюминиевые сплавы, сплавы на основе никеля, сплавы кобальта хрома, сплавы на основе меди, и т.д.
1) чистый титан и титановые сплавы
Чистый титан, используемый в настоящее время на рынке, также известный как коммерческий чистый титан, делится на порошки класса 1 и класса 2. Класс 2 выше класса 1, а также обладает коррозионной устойчивостью для большинства областей применения. Благодаря своей превосходной биосовместимость, чистый титан класса 2 имеет широкие перспективы применения в медицинской промышленности.
Титан является ключевым элементом в производстве титановых сплавов. В настоящее время титановые сплавы, используемые для 3D-печати металла, в основном относятся к классу 5 и классу 23. Благодаря своей превосходной прочности и прочности, а также коррозионной стойкости, низкой плотности и биосовместимость, они имеют очень идеальные области применения в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Более того, благодаря своей высокой прочности, низкому модулю и сильной усталостной стойкости, они используются в производстве биомедицинских имплантатов. Сплав титана класса 23, с более высокой чистотой, является стоматологическим и медицинским титановым сортом, похожим на божественный.
2) алюминиевый сплав
В настоящее время существует два основных типа алюминиевых сплавов, используемых для 3D-печати металла: Алюминий силикон AlSi12 и AlSi10Mg. Алюминиевый кремний 12 — это легкий аддитивный порошок металла с хорошими тепловыми характеристиками, который может применяться к тонкостенным деталям, таким как теплообменники или другие автомобильные компоненты, а также к прототипу и производственным компонентам для аэрокосмической и авиационной промышленности; Сочетание кремния и магния делает алюминиевые сплавы прочнее и прочнее, что делает их пригодными для тонкостенных и сложных геометрических деталей, особенно в ситуациях с хорошей теплоотдачей и низкой массой.
3) сплав на основе никеля
В целом сплавы на основе никеля обладают хорошими показателями прочности на растяжение, усталость и термостойкость к усталости. В настоящее время в основном имеются Инконель 738, Хастеллойх, Инконель 625, Инконель 713, Инконель 718, и т.д.
Inconel 738 обладает превосходной стойкостью к излому и к горячей коррозии, что позволяет ему медленно расползать. Это суперсплав с низким содержанием хрома, который может долго подвергаться воздействию высокотемпературных коррозионных сред до 920-980°C. Подходит для авиационных двигателей и газовых турбин.
Hastelloy X обладает высокой прочностью и устойчивостью к окислению при высоких температурах, а также имеет хорошую пластичность в средах до 1200°C. В настоящее время в основном используется в аэрокосмической технике, например, в компонентах газовых турбин и компонентах зоны сгорания, таких как переходные трубки, баки горелки, штанги опрыскивателя, выхлопные трубы, камеры дожигания отработанных газов, И т.д.; более того, благодаря своей стойкости к образованию трещин от коррозии под действием напряжения, он применяется в промышленных печах, нефтехимических и химических отраслях промышленности.
Inconel 625 по-прежнему демонстрирует хорошие показатели нагрузки при высоких температурах около 815°C и обладает сильной коррозионной устойчивостью. Он широко используется в аэрокосмической, химической и энергетической отраслях.
Inconel 713 обладает отличной термоусталостной устойчивостью и особой прочностью на разрыв при 927°C, что делает его подходящим для лопастей реактивных газовых турбин.
Inconel 718 — суперсплав, основанный на железо-никелевой закалке, который обладает хорошей коррозионной стойкостью, термостойкостью, растяжием, усталостью и текучей стойкостью, и подходит для различных высокотехнологичных областей применения, таких как двигатели для турбин самолетов и наземные турбины. 4) сплав Cobalt хром
Сплав кобальта хрома отличается высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей биосовместимостью и немагнитными свойствами. В основном используется в хирургических имплантатах, в том числе в искусственных соединениях из сплава, коленных суставах и тазобедренных суставах. Также он может использоваться в компонентах двигателей, а также в модной и ювелирной промышленности.
5) сплав на основе меди
Сплавы на основе меди, известные как бронза, используемые на рынке, имеют хорошую теплопроводность и электрическую проводимость. Они могут сочетать конструкторские степени свободы для создания сложных внутренних структур и охлаждающих каналов, что делает их пригодными для более эффективного ввода инструмента в пресс-формы, такие как полупроводниковые устройства, и также могут использоваться в микротеплообменниках. Они обладают характеристиками тонких стен и сложных форм.
Подробное введение в область применения металлической 3D-печати:
Промышленный сектор: В настоящее время многие промышленные отрасли сделали металлопродукцию 3D-печатью своей повседневной продукцией, и почти все они используют технологию 3D-печати металла в производстве прототипов и производстве моделей. В то же время при производстве некоторых крупных компонентов для печати и сборки компонентов используется технология 3D-печати металла. По сравнению с традиционными процессами технология 3D-печати позволяет увеличить объемы производства, сократить время и сократить расходы. В автомобильной промышленности время применения 3D-печати металла не слишком велико, но оно обладает огромным потенциалом и быстрым развитием. В настоящее время многие известные отечественные и зарубежные производители автомобилей серьезно изучают, как использовать технологию 3D-печати металла для реформирования своих методов производства. В то же время 3D-печать металла может напрямую печатать тот же продукт, что и чертеж, не открывая пресс-форму. Значительное ускорение цикла исследований и разработок позволило значительно увеличить удобство разработки и проектирования продуктов! Будь то корпус двигателя автомобиля или детали из листового металла, они могут быть быстро получены благодаря 3D-печати металла.
В медицинской области протезные имплантаты обычно используются при 3D-печати металла. Самое большое преимущество использования технологии 3D-печати металла — естественная возможность настройки. Врачи могут проектировать имплантаты в зависимости от конкретной ситуации пациентов, что уменьшает боль во время лечения и делает имплантаты ближе к исходным конечностям.
Аэрокосмическая отрасль: Во многих странах мира для развития оборонной, аэрокосмической и других отраслей стали использоваться технологии 3D-печати металлов. Была достигнута 3D-печать производства компонентов реактивного двигателя, что достаточно для демонстрации возможностей металлической 3D печати.
3D-печать металла, перспективная для будущего
Области применения металломатериалов 3D-печати достаточно обширны, например, нефтехимические инженерные области, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, литейные формы, литье из лёгкого металла, пищевая промышленность, медицина, производство бумаги, электроэнергия, Ювелирные изделия, мода и т.д. Я считаю, что с непрерывным прогрессом технологии применение металлических 3D-печатных материалов будет оказывать все большее влияние на общество в будущем.