Metalo 3D spausdinimo medžiagos proveržis yra plėtros pagrindas
Metalinės 3D spausdinimo medžiagos yra svarbus materialinis pagrindas plėtojant metalo 3D spausdinimo technologiją. Tam tikru mastu medžiagų kūrimas lemia, ar 3D spausdinimas gali būti naudojamas plačiau. Šiuo metu metalo 3D spausdinimo medžiagos daugiausia apima inžinerinį plastiką, šviesai jautrias dervas, gumos medžiagas, metalo medžiagas ir keramines medžiagas. buvo pritaikytas laukas. Šios metalo 3D spausdinimui naudojamos žaliavos yra specialiai sukurtos metalo 3D spausdinimo įrangai ir procesams, kurie skiriasi nuo įprastų plastikų, gipso, dervų ir kt., o jų formos dažniausiai būna miltelinės, siūlinės, sluoksniuotos ir skystos. laukti. Paprastai, priklausomai nuo spausdinimo įrangos tipo ir veikimo sąlygų, naudojamų miltelinio metalo 3D spausdinimo medžiagų dalelių dydis svyruoja nuo 1 iki 100 μm, o norint išlaikyti gerą miltelių sklandumą, milteliai paprastai turi turėti didelis sferiškumo laipsnis. .
Metalinių 3D spausdinimo medžiagų tyrimai, plėtra ir proveržis yra metalo 3D spausdinimo technologijos propagavimo ir taikymo pagrindas, taip pat pagrindinė garantija, kad spausdinimas būtų patenkintas. Vienas iš jų – sustiprinti medžiagų tyrimus ir plėtrą bei suformuoti visą spausdinimo medžiagų sistemą. Pastaraisiais metais metalo 3D spausdinimo medžiagos sparčiai vystėsi. 2013 m. metalo medžiagų spausdinimas išaugo 28 proc., o 2014 m. siekė daugiau nei 30 proc., o tai sudarė apie 12 proc. metalo 3D spausdinimo medžiagų. Metalo medžiagos daugiausia yra titanas, aliuminis, plienas ir nikelis. Titano lydiniai, aukštos temperatūros lydiniai, nerūdijantis plienas, štampuotas plienas, didelio stiprumo plienas, legiruotasis plienas ir aliuminio lydiniai gali būti naudojami kaip spausdinimo medžiaga, plačiai naudojami įrangos gamyboje ir remontui bei perdirbimui. Tačiau šiuo metu nėra metalinės 3D spausdinimo medžiagų sistemos, o esamos medžiagos toli gražu neatitinka metalo 3D spausdinimo poreikių.
Lazeriniam stereoformavimui naudojamos medžiagos daugiausia yra metalo inertinės medžiagos, o kitas žingsnis – išbandyti kitas aktyvias metalo spausdinimo medžiagas. Tradiciškai miltelinėje metalurgijoje naudojami metalo milteliai negali visiškai atitikti 3D spausdinimo reikalavimų, o šiuo metu yra nedaug metalinių medžiagų, kurias galima naudoti spausdinimui, o kaina yra gana didelė. Yra keletas užsienio kompanijų, kurios specializuojasi metalo milteliuose 3D spausdinimui, pavyzdžiui, „Sulzer Metco“ JAV ir „Sandvik“ Švedijoje, tačiau jos gali tiekti tik kelis įprastus metalo miltelius. Vidaus medžiagų tyrimai ir plėtra gana atsilieka, o spausdinimo milteliai yra per brangūs. Kadangi medžiagų tyrimų ir plėtros ciklas yra ilgas, o tyrimai ir plėtra yra sunkesni nei įrangos, įmonės nenoriai atlieka medžiagų tyrimus ir plėtrą, siekdamos maksimalių interesų. „Huanghe Cyclone Co., Ltd.“ yra viena iš nedaugelio vidaus įmonių, užsiimančių deimantų mikromiltelių ir CBN mikromiltelių gamyba. Universiteto moksliniai tyrimai taip pat domisi 3D spausdinimo įranga ir programine įranga, todėl spausdinimo medžiagos labai riboja metalo 3D spausdinimo technologijos kūrimą ir taikymą.
Metalo milteliai
3D spausdinimui naudojami metalo milteliai paprastai reikalauja didelio grynumo, gero sferiškumo, siauro dalelių dydžio pasiskirstymo ir mažo deguonies kiekio. Šiuo metu 3D spausdinimui naudojamos metalo miltelių medžiagos daugiausia apima titano lydinius, kobalto ir chromo lydinius, nerūdijančio plieno ir aliuminio lydinių medžiagas, be aukso, sidabro ir kitų brangiųjų metalų miltelių, naudojamų papuošalams spausdinti. 3D spausdinimo metalo milteliai, kaip svarbiausia grandis 3D spausdinimo pramonės metalinių detalių grandinėje, taip pat yra didžiausia vertė.
Pasaulinėje 3D spausdinimo technologijų pramonės konferencijoje 2013 m. autoritetingi pasaulio 3D spausdinimo pramonės ekspertai pateikė aiškų 3D spausdinimo metalo miltelių apibrėžimą, kuris reiškia metalo dalelių grupę, kurios dydis yra mažesnis nei 1 mm. Įskaitant pavienius metalo miltelius, lydinio miltelius ir kai kuriuos ugniai atsparius junginių miltelius su metalinėmis savybėmis. Šiuo metu 3D spausdinimo metalo milteliai apima kobalto chromo lydinį, nerūdijantį plieną, pramoninį plieną, bronzos lydinį, titano lydinį ir nikelio aliuminio lydinį ir kt. Tačiau, be gero plastiškumo, 3D spausdinimo metalo milteliai taip pat turi atitikti smulkiojo spausdinimo reikalavimus. miltelių dalelių dydis, siauras dalelių dydžio pasiskirstymas, didelis sferiškumas, geras sklandumas ir didelis tūrinis tankis.
Titano lydinio 3D spausdinimas
Titano lydinys turi atsparumo aukštai temperatūrai, didelio atsparumo korozijai, didelio stiprumo, mažo tankio ir biologinio suderinamumo pranašumus ir buvo plačiai naudojamas aviacijos, chemijos pramonėje, branduolinėje pramonėje, sporto įrangoje ir medicinos įrangoje bei kitose srityse. Titano lydinio dalys, paruoštos tradiciniais kalimo ir liejimo būdais, buvo plačiai naudojamos aukštųjų technologijų srityse. Boeing 747 lėktuve sunaudojamo titano kiekis siekia 42,7t. Tačiau didelių titano lydinių dalių gamyba tradiciniais kalimo ir liejimo metodais sutrukdė jas plačiau pritaikyti dėl nepalankių veiksnių, tokių kaip didelė gaminio kaina, sudėtingas procesas, mažas medžiagų panaudojimo lygis ir sudėtingas tolesnis apdorojimas. Metalo 3D spausdinimo technologija gali iš esmės išspręsti šias problemas, todėl pastaraisiais metais ši technologija tapo nauja technologija, skirta tiesiogiai gaminti titano lydinio dalis. Naujų titano lydinių kūrimas yra pagrindinė titano lydinio SLM taikymo tyrimų kryptis. Dėl mažo titano ir titano lydinių kietėjimo tempimo indekso (apie 0.15) atsparumas plastinei šlyties deformacijai ir atsparumas dilimui yra menkas, o tai riboja jo dalių naudojimą aukštoje temperatūroje ir korozinio susidėvėjimo sąlygomis.
Nerūdijančio plieno 3D spausdinimas
Nerūdijantis plienas pasižymi atsparumu cheminei korozijai, atsparumu aukštai temperatūrai ir geromis mechaninėmis savybėmis. Dėl gero formavimo milteliniu būdu, paprasto paruošimo proceso ir mažos kainos tai yra anksčiausia medžiaga, naudojama 3D metalo spausdinimui. Pavyzdžiui, Huazhongo mokslo ir technologijų universitetas, Nankino aeronautikos ir astronautikos universitetas, Šiaurės rytų universitetas ir kitos institucijos atliko nuodugnius metalo 3D spausdinimo tyrimus. Dabartiniai tyrimai daugiausia skirti mažinti poringumą, didinti stiprumą ir metalo miltelių sferoidizacijos mechanizmą lydymosi procese. Li Ruidi ir kt. naudojo skirtingus proceso parametrus SLM formavimo bandymams su 304L nerūdijančio plieno milteliais atlikti, gavo empirinę 304L nerūdijančio plieno tankio formulę ir apibendrino grūdų augimo mechanizmą.
Superlydinių 3D spausdinimas
Superlydiniai reiškia metalo medžiagų, kurių pagrindą sudaro geležis, nikelis ir kobaltas, klasę, kurios gali veikti ilgą laiką aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje ir esant tam tikroms apkrovoms. Jis turi aukštą atsparumą aukštai temperatūrai, gerą atsparumą šiluminei korozijai ir oksidacijai, gerą plastiškumą ir tvirtumą. Šiuo metu pagal lydinio matricos tipą ją galima grubiai suskirstyti į tris tipus: lydinius geležies, nikelio ir kobalto pagrindu. Aukštos temperatūros lydiniai daugiausia naudojami didelio našumo varikliuose. Šiuolaikiniuose pažangiuose aviaciniuose varikliuose aukštos temperatūros lydinių medžiagų kiekis sudaro 40–60 procentų visos variklio masės. Šiuolaikinių didelio našumo aviacinių variklių kūrimas kelia vis aukštesnius reikalavimus eksploatacinei temperatūrai ir superlydinių veikimui. Tradicinis luitų metalurgijos procesas pasižymi lėtu aušinimo greičiu, stipriu tam tikrų elementų ir antrųjų fazių atsiskyrimu luityje, prastu karštuoju apdirbimu, netolygia struktūra ir nestabiliu veikimu. Metalo 3D spausdinimo technologija tapo nauju metodu, padedančiu išspręsti technines kliūtis formuojant superlydinius. NASA tvirtino, kad 2014 m. rugpjūčio 22 d. atlikus aukštos temperatūros uždegimo bandymą, raketos variklio antgalis, pagamintas naudojant metalo 3D spausdinimo technologiją, pagamino rekordinę 9 tonų trauką.
Aliuminio lydinio 3D spausdinimas
Aliuminio lydinys, kaip lengviausias konstrukcinis lydinys, turi galimybę pakeisti plieną ir aliuminio lydinį daugelyje taikymo sričių dėl savo ypatingų didelio stiprumo ir slopinimo savybių. Pavyzdžiui, lengvas aliuminio lydinių naudojimas automobilių ir orlaivių komponentuose gali sumažinti degalų sąnaudas ir išmetamųjų teršalų kiekį. Aliuminio lydinys yra skaidomas in situ, turi mažą Youngo modulį, stiprumą, artimą žmogaus kaului, puikų biologinį suderinamumą ir turi daugiau pritaikymo galimybių nei tradiciniai lydiniai chirurginiam implantavimui.
Nuo 199 0-ųjų, kai atsirado metalo 3D spausdinimo technologija, polimerinių medžiagų spausdinimas pamažu buvo nukreiptas į metalo miltelių spausdinimą, buvo sukurta daug naujų technologijų, naujos įrangos ir naujų medžiagų. taikomi. Šiuo metu informacinių technologijų inovacijų tempas ir toliau sparčiai auga, o pramonės gamyba žengia į naują intelekto ir skaitmeninimo etapą. 2014 m. Vokietija pasiūlė „Pramonės 4.0“ plėtros planą, kuris neabejotinai sukels žlugdančius pokyčius ir inovacijas pramonės srityje, o 3D spausdinimo technologija bus galingas postūmis plėtojant pramoninį intelektą. Metalo miltelinio 3D spausdinimo technologija pasiekė tam tikrų rezultatų, tačiau medžiagų trūkumas neišvengiamai paveiks 3D spausdinimo technologijos propagavimą, o 3D spausdinimo technologija kelia aukštesnius reikalavimus medžiagoms. Pramoniniam 3D spausdinimui tinkamų metalinių medžiagų rūšių yra daug, tačiau pramoninės gamybos reikalavimus gali atitikti tik specialios miltelinės medžiagos.
Būsima 3D spausdinimo metalo medžiagų plėtros kryptis daugiausia apima tris aspektus:
Viena – kaip sustiprinti medžiagų struktūros ir savybių santykio tyrimus esamų medžiagų pagrindu, toliau optimizuoti proceso parametrus pagal medžiagų savybes, padidinti spausdinimo greitį, sumažinti poringumą ir deguonies kiekį, pagerinti paviršiaus kokybę;
Antrasis – sukurti naujas medžiagas, kad jos būtų tinkamos metalo 3D spausdinimui, pvz., naujų medžiagų, pasižyminčių puikiu atsparumu korozijai, atsparumu aukštai temperatūrai ir visapusiškoms mechaninėms savybėms, kūrimas;
Trečiasis – peržiūrėti ir tobulinti 3D spausdinimo metalo miltelių medžiagų techninių standartų sistemą, kad būtų galima institucionalizuoti ir normalizuoti metalo medžiagų spausdinimo techninius standartus.