新闻资讯 News

解析:金属3D打印材料及其应用

日期: 2018-12-03
浏览次数: 1000345

3D打印技术最早应用于各类原型的快速制造,故在早期也被称为快速原型技术。早期的3D打印技术由于材料种类的限制,大多使用有机高分子材料,其机械、化学性能大多难以满足实际应用的需求。随着材料技术与装备技术的发展,将该技术应用于终端零件制造的愿望越来越迫切,因此不仅对3D打印装备提出了更高的要求,对3D打印材料各项性能的要求也日益提高。



金属3D打印材料主要有粉末形式和丝材形式。粉末材料是最常用的材料,可用于激光选区熔化(SLM)、激光近净成形(LENS)、电子束选区熔化(EBM)等多种3D打印工艺,丝材则适合于电弧增材制造(WAAM)等工艺。




为了满足3D打印的工艺需求,金属粉末必须满足一定的要求。粉末的流动性是粉末的重要特性之一,所有使用金属粉末作为耗材的3D打印工艺在制造过程中均涉及粉末的流动,金属粉末的流动性直接影响到SLM、EBM中的铺粉均匀性和LENS中的送粉稳定性,若流动性太差会造成打印精度降低甚至打印失败。粉末的流动性受粉末粒径、粒径分布、粉末形状、所吸收的水分等多方面的影响,一般为了保证粉末的流动性,要求粉末是球形或近球形,粒径在十几微米到一百微米之间,过小的粒径容易造成粉体的团聚,而过大的粒径会导致打印精度的降低。此外,为了获得更致密的零件,一般希望粉体的松装密度越高越好,采用级配粉末比采用单一粒径分布的粉末更容易获得高的松装密度。目前3D打印所使用的金属粉末的制备方法主要是雾化法。雾化法主要包括水雾化法和气雾化法两种,气雾化制备的粉末相比于水雾化粉末纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高,是高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。




3D打印所使用的金属丝材与传统的焊丝相同,理论上凡能在工艺条件下熔化的金属都可作为3D打印的材料。丝材制造的工艺很成熟,材料成本相比粉材要低很多。按照材料种类划分,金属3D打印材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金及贵金属等。




1、铁基合金




铁基合金是3D打印金属材料中研究较早、较深入的一类合金,较常用的铁基合金有工具钢、316L不锈钢、M2高速钢、H13模具钢和15-5PH马氏体时效钢等。铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好,同时具有良好的机械加工性,特别适合于模具制造。3D打印随形水道模具是铁基合金的一大应用,传统工艺异形水道难以加工,而3D打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状基本一致,能提升温度场的均匀性,有效降低产品缺陷并提高模具寿命。


解析:金属3D打印材料及其应用

316不锈钢样件



2、钛合金

钛及钛合金以其显著的比强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等特点,成为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想材料。然而钛合金属于典型的难加工材料,加工时应力大、温度高,刀具磨损严重,限制了钛合金的广泛应用。而3D打印技术特别适合钛及钛合金的制造,一是3D打印时处于保护气氛环境中,钛不易与氧、氮等元素发生反应,微区局部的快速加热冷却也限制了合金元素的挥发;二是无需切削加工便能制造复杂的形状,且基于粉材或丝材材料利用率高,不会造成原材料的浪费,大大降低了制造成本。目前3D打印钛及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14V(TC4)和Ti6A17Nb,可广泛应用于航空航天零件及人工植入体(如骨骼,牙齿等)。




解析:金属3D打印材料及其应用



钛合金样件



3、镍基合金




镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金,其在650~1000°C高温下有较高的强度和一定的抗氧化腐蚀能力,广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等领域。例如,镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘。常用的3D打印镍基合金牌号有Inconel625、Inconel718及Inconel939等。




解析:金属3D打印材料及其应用



镍基合金样件



4、钴铬合金




钴基合金也可作为高温合金使用,但因资源缺乏,发展受限。由于钴基合金具有比钛合金更良好的生物相容性,目前多作为医用材料使用,用于牙科植入体和骨科植入体的制造。目前常用的3D打印钴基合金牌号有Co212、Co452、Co502和CoCr28Mo6等。




解析:金属3D打印材料及其应用



钴铬合金样件



6、铝合金




铝合金密度低,耐腐蚀性能好,抗疲劳性能较高,且具有较高的比强度、比刚度,是一类理想的轻量化材料。3D打印中使用的铝合金为铸造铝合金,常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3等。韩国通信卫星Koreasat5A及Koreasat-7使用了SLM制造的AlSi7Mg轻量化部件,不仅由原来的多个零件合成一个整体制造,零件重量比原设计降低22%,制造成本降低30%,生产周期缩短1—2个月。




解析:金属3D打印材料及其应用



通讯卫星上使用的3D打印轻量化构件



7、形状记忆合金

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一类形状记忆材料,具有在受到某些刺激(如热、机械或磁性变化)时“记忆”或保留先前形状的能力。SMA在机器人、汽车、航空航天、生物医疗等领域有着广阔的应用前景。NiTi合金是目前发展比较成熟的SMA,但NiTi合金是难加工材料。将3D打印技术应用于SMA零件的制造,不仅有望解决SMA的加工难题,还能实现传统工艺无法实现的复杂点阵结构的制造。近年来有不少学者对NiTi合金的SLM工艺进行了探索并取得了一定的成果。目前,SLM打印的NiTi合金零件已经显示出良好的形状记忆效应,在8次压缩循环后具有约5%的可恢复应变。此外,SLM成形的NiTi样品的形状记忆行为与时效工艺高度相关,经350℃—18h时效的样品展现出了几乎完美的超弹性。





8、其他金属材料




其他金属材料如铜合金、镁合金、贵金属等需求量不及以上介绍的几种金属材料,但也有其相应的应用前景。铜合金的导热性能良好,可以制造模具的镶块或火箭发动机燃烧室。NASA采用3D打印技术制造了由GRCop-84铜合金内壁和镍合金外壁构成的燃烧室,内壁采用SLM工艺制造,再以电子束熔丝沉积完成外壁的制造。该燃烧室经过全功率点火测试后,仍然保持良好的形状,证明了3D打印工艺在节约大量时间和工艺成本的基础上,取得了与传统工艺同样的效果。镁合金是目前实际应用中最轻的金属,且具有良好的生物相容性和可降解性,其杨氏模量与人体骨骼也最为接近,可作为轻量化材料或植入物材料。但目前镁合金3D打印工艺尚不成熟,没有进行大范围的推广。贵金属如金、银、铂等多应用于珠宝首饰等奢侈品的定制,应用范围比较有限。




青铜合金
解析:金属3D打印材料及其应用
解析:金属3D打印材料及其应用
银合金



相关内容
  • 热点
  • 最新
  • 媒体
有需求就会有市场,人们对金属3D的需求,刺激了金属3D打印技术的出现,从而实用的金属3D打印机厂家也逐渐出现于市面之上,好的金属3D打印机厂家确实不在少数,但也没像其他行业一样形成规模,既然金属3D打印的需求很旺盛,为何金属3D打印机厂‍却很少呢,这是因为金属3D打印机的价格很高,那么其价格高的原因时什么呢?金属3D打印机厂家就在为大家揭秘。一、价格计量方式我们都知道传统的制造材料都是以吨位计价而...
2021 - 04 - 16
金属3D打印技术是目前的一种新型先进技术而在这种技术中经常使用的就是选区激光烧结技术,金属3D打印设备厂家介绍选区激光烧结技术主要是在电脑上将图形设计完成,随后用金属3D打印设备厂家生产的设备用各种材料进行激光结烧使其变成立体状的切片,之后烧结设备再将这些做好的切片进行累积。那么在实际制作金属3D打印产品的时候选区激光烧结技术有哪些优势呢?1、工序简单无需进行中间程序贴心的金属3D打印设备厂家称使...
2021 - 04 - 15
金属3D打印设备厂家介绍在金属3D打印的行业中使用的打印方法有多种技术,在众多的技术中选区激光烧结技术与电子束选区熔化技术是实验人员使用比较多的两种技术。本文将会详细的讲解电子束选区熔化技术在金属3D打印中为金属3D打印设备厂家带来的优势有哪些?1、真空环境可避免氧化贴心的金属3D打印设备厂家称电子束选区熔化技术是以高能电子束作为主要的加工热源,在扫描成型之后可以通过操纵磁偏转线圈进行操作,金属3...
2021 - 04 - 13
据受欢迎的金属3D打印设备厂家介绍金属3D打印主要是加工一些使用工业机床都无法正常加工加工失败的金属产品,这类产品使用稳定性好的金属3D打印设备厂家生产的打印设备进行生产能够获得更加好的效果和更快速的等待时间。那么企业若是想要购买经济实惠的金属3D打印设备进行生产应该如何选择呢?第1点、选择3D技术先进的厂家贴心的金属3D打印设备厂家称选择良好的设备其中关键的一点就是对于厂家的选择,而在厂家选择的...
2021 - 04 - 08
模具能帮企业对批量生产某个产品,所以,是制造行业里非常重要的一种生产工具,然而自3D打印技术被推出以来,让模具制造得到了更多的选择导致很多企业愿意从金属3D打印设备厂家‍采购设备,那么,为什么许多的模具厂家都很愿意从贴心的金属3D打印设备厂家‍采购设备呢?第1.可以降低成本模具企业从金属3D打印设备的生产厂家‍那里采购了3D打印设备以后,能够降低一些模具生产成本,因为,利用金属3D打印设备的生产厂...
2021 - 04 - 06
公司总部:广州市天河区天河北路886号广州国际科技成果转化中心7楼
公司工厂:广州市增城区新塘镇环保二路6号B栋
华东分公司:浙江省宁波慈溪市逍林镇联振路355号
电话:020-81602205
淘宝企业店铺:https://shop393982256.taobao.com/
Copyright ©2019 - 2024 广州雷佳增材科技有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注公众号
企业淘宝店