Metal 3D-printmateriale gennembrud er grundlaget for udvikling
Metal 3D print materialer er et vigtigt materiale grundlag for udviklingen af metal 3D print teknologi. Materialeudviklingen afgør til en vis grad, om 3D-print kan bruges mere bredt. På nuværende tidspunkt omfatter metal 3D-printmaterialer hovedsageligt teknisk plast, lysfølsomme harpikser, gummimaterialer, metalmaterialer og keramiske materialer. felt er blevet anvendt. Disse råmaterialer, der bruges i metal 3D print er specielt udviklet til metal 3D print udstyr og processer, som adskiller sig fra almindelig plast, gips, harpiks osv., og deres former er generelt pulverformige, filamentøse, lamelformede og flydende. vente. Sædvanligvis, afhængigt af typen af udskrivningsudstyr og driftsbetingelser, varierer partikelstørrelsen af de anvendte pulverformede metal 3D-printmaterialer fra 1 til 100 μm, og for at opretholde en god flydeevne af pulveret kræves det generelt, at pulveret har en høj grad af sfæricitet. .
Forskning og udvikling og gennembrud af metal 3D print materialer er grundlaget for fremme og anvendelse af metal 3D print teknologi, og også den grundlæggende garanti for tilfredsstillende print. Den ene er at styrke forskning og udvikling af materialer og danne et komplet trykmaterialesystem. I de seneste år har metal 3D-printmaterialer udviklet sig hurtigt. I 2013 steg udskrivning af metalmaterialer med 28 procent, og i 2014 nåede det mere end 30 procent, hvilket tegner sig for omkring 12 procent af metal 3D-udskrivningsmaterialer. Metalmaterialer er hovedsageligt titanium, aluminium, stål og nikkel. Titaniumlegeringer, højtemperaturlegeringer, rustfrit stål, matricestål, højstyrkestål, legeret stål og aluminiumslegeringer kan bruges som trykmaterialer og har været meget udbredt i udstyrsfremstilling og reparation og genfremstilling. Men der er i øjeblikket ikke noget metal 3D print materiale system, og de eksisterende materialer er langt fra at opfylde behovene for metal 3D print.
Materialerne, der bruges til laserstereoformning, er hovedsageligt metalinerte materialer, og det næste trin er at prøve andre aktive metaltrykmaterialer. Metalpulvere, der traditionelt anvendes i pulvermetallurgi, kan ikke fuldt ud opfylde kravene til 3D-print, og i øjeblikket er der få typer metalmaterialer, der kan bruges til print, og prisen er relativt høj. Der har været et par udenlandske virksomheder, der har specialiseret sig i metalpulver til 3D-print, såsom Sulzer Metco i USA og Sandvik i Sverige, men de kan kun levere nogle få konventionelle metalpulvere. Indenlandsk materialeforskning og -udvikling er relativt bagud, og trykpulver er for dyrt. Fordi materialeforsknings- og udviklingscyklussen er lang, og forskning og udvikling er vanskeligere end udstyr, er virksomheder tilbageholdende med at udføre materialeforskning og -udvikling for at maksimere deres interesser. Huanghe Cyclone Co., Ltd. er en af de få indenlandske virksomheder, der beskæftiger sig med produktion af diamantmikropulver og CBN-mikropulver. Universitetsforskning er også opsat på 3D-printudstyr og -software, så printmaterialer begrænser i høj grad udviklingen og anvendelsen af metal 3D-printteknologi.
Metal pulvere
Metalpulvere, der anvendes til 3D-print, kræver generelt høj renhed, god sfæriskhed, snæver partikelstørrelsesfordeling og lavt iltindhold. På nuværende tidspunkt omfatter de metalpulvermaterialer, der bruges til 3D-print, hovedsageligt titanlegeringer, kobolt-kromlegeringer, rustfrit stål og aluminiumslegeringsmaterialer, foruden guld, sølv og andre ædelmetalpulvermaterialer, der bruges til udskrivning af smykker. 3D-print af metalpulver, som det vigtigste led i 3D-printindustriens kæde af metaldele, er også der, hvor den største værdi ligger.
På "2013 World 3D Printing Technology Industry Conference" gav autoritative eksperter i verdens 3D-printindustri en klar definition af 3D-print metalpulver, som refererer til gruppen af metalpartikler, hvis størrelse er mindre end 1 mm. Herunder enkelt metalpulver, legeringspulver og noget ildfast sammensat pulver med metalliske egenskaber. På nuværende tidspunkt omfatter 3D-print metalpulvermaterialer kobolt chromlegering, rustfrit stål, industristål, bronzelegering, titanlegering og nikkel aluminiumlegering osv. Udover god plasticitet skal 3D print metalpulver dog også opfylde kravene til fine pulverpartikelstørrelse, snæver partikelstørrelsesfordeling, høj sfæricitet, god fluiditet og høj bulkdensitet.
Titanium legering 3D print
Titaniumlegering har fordelene ved høj temperaturbestandighed, høj korrosionsbestandighed, høj styrke, lav tæthed og biokompatibilitet og er blevet meget brugt i rumfart, kemisk industri, nuklear industri, sportsudstyr og medicinsk udstyr og andre områder. Titaniumlegeringsdele fremstillet ved traditionelle smednings- og støbeteknikker er blevet brugt i vid udstrækning inden for højteknologiske områder. Mængden af titanium, der bruges i et Boeing 747-fly, når op på 42,7 t. Imidlertid har produktionen af store titanlegeringsdele ved traditionelle smedning og støbemetoder hindret dens bredere anvendelse på grund af ugunstige faktorer såsom høje produktomkostninger, kompliceret proces, lav materialeudnyttelsesgrad og vanskelig efterfølgende forarbejdning. Metal 3D-printteknologi kan grundlæggende løse disse problemer, så denne teknologi er blevet en ny teknologi til direkte fremstilling af titanlegeringsdele i de senere år. Udviklingen af nye titanium-baserede legeringer er hovedretningen for anvendelsesforskningen af titanlegering SLM. På grund af det lave tøjningshærdningsindeks for titanium og titanlegeringer (ca. 0.15), er modstanden mod plastisk forskydningsdeformation og slidstyrke dårlig, hvilket begrænser brugen af dets dele under høje temperaturer og korrosive slidforhold.
3D-print i rustfrit stål
Rustfrit stål har karakteristika af kemisk korrosionsbestandighed, høj temperaturbestandighed og gode mekaniske egenskaber. På grund af dets gode pulverformbarhed, enkle forberedelsesproces og lave omkostninger er det det tidligste materiale, der bruges til 3D-metalprint. For eksempel har Huazhong University of Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Northeastern University og andre institutioner udført dybdegående forskning i metal 3D-printning. Den nuværende forskning er hovedsageligt fokuseret på at reducere porøsitet, øge styrken og sfæroidiseringsmekanismen af metalpulver i smeltningsprocessen. Li Ruidi et al. brugte forskellige procesparametre til at udføre SLM-formningstest på 304L rustfrit stålpulver, opnåede en empirisk formel for densiteten af 304L rustfrit stål og opsummerede kornvækstmekanismen.
3D-print af superlegeringer
Superlegeringer refererer til en klasse af metalmaterialer baseret på jern, nikkel og kobolt, der kan arbejde i lang tid ved høje temperaturer over 600 grader og under visse stressmiljøer. Det har høj høj temperaturstyrke, god termisk korrosions- og oxidationsbestandighed og god plasticitet og sejhed. På nuværende tidspunkt kan den i henhold til typen af legeringsmatrix groft opdeles i tre typer: jernbaserede, nikkelbaserede og koboltbaserede legeringer. Højtemperaturlegeringer bruges hovedsageligt i højtydende motorer. I moderne avancerede flymotorer tegner mængden af højtemperaturlegeringsmaterialer sig for 40 procent til 60 procent af motorens samlede masse. Udviklingen af moderne højtydende flymotorer stiller højere og højere krav til driftstemperaturen og ydeevnen af superlegeringer. Den traditionelle metallurgiske proces har en langsom afkølingshastighed, alvorlig adskillelse af visse elementer og anden faser i barren, dårlig varmbearbejdelighed, ujævn struktur og ustabil ydeevne. Metal 3D printteknologi er blevet en ny metode til at løse den tekniske flaskehals i dannelsen af superlegeringer. NASA hævdede, at i højtemperaturtændingstesten udført den 22. august 2014 producerede raketmotordysen fremstillet af metal 3D-printteknologi et rekordstort 9t tryk.
3D-print af aluminiumslegering
Som den letteste strukturelle legering har aluminiumslegering mulighed for at erstatte stål og aluminiumslegering i mange anvendelsesområder på grund af dens særlige høje styrke og dæmpende egenskaber. For eksempel kan den lette anvendelse af aluminiumslegeringer i bil- og flykomponenter reducere brændstofforbrug og udstødningsemissioner. Aluminiumslegering har in-situ nedbrydelighed, lavt Youngs modul, styrke tæt på menneskeknogler, fremragende biokompatibilitet og har flere anvendelsesmuligheder end traditionelle legeringer til kirurgisk implantation.
Siden fremkomsten af metal 3D-printteknologi i 1990'erne har udskrivning af polymermaterialer gradvist fokuseret på udskrivning af metalpulvere, og et stort antal nye teknologier, nyt udstyr og nye materialer er blevet udviklet og anvendt. På nuværende tidspunkt fortsætter tempoet inden for informationsteknologisk innovation med at skride frem, og industriel produktion er på vej ind i en ny fase af intelligens og digitalisering. I 2014 foreslog Tyskland udviklingsplanen "Industry 4.0", som er bundet til at forårsage forstyrrende ændringer og innovationer på det industrielle område, og 3D-printteknologi vil være et stærkt drivkraft for udviklingen af industriel intelligens. Metalpulver 3D-printteknologi har opnået visse resultater, men materialeflaskehalsen vil uundgåeligt påvirke fremme af 3D-printteknologi, og 3D-printteknologi stiller højere krav til materialer. Der er mange typer metalmaterialer, der er egnede til industriel 3D-print, men kun specielle pulvermaterialer kan opfylde kravene til industriel produktion.
Den fremtidige udviklingsretning for 3D-print af metalmaterialer har hovedsageligt tre aspekter:
Den ene er, hvordan man kan styrke forskningen i forholdet mellem materialestruktur og egenskaber på baggrund af eksisterende materialer, yderligere optimere procesparametre i henhold til materialers egenskaber, øge printhastigheden, reducere porøsitet og iltindhold samt forbedre overfladekvaliteten;
Det andet er at udvikle nye materialer for at gøre dem egnede til metal 3D-print, såsom udvikling af nye materialer med fremragende korrosionsbestandighed, høj temperaturbestandighed og omfattende mekaniske egenskaber;
Den tredje er at revidere og forbedre det tekniske standardsystem for 3D-udskrivning af metalpulvermaterialer for at realisere institutionaliseringen og normaliseringen af tekniske standarder for udskrivning af metalmaterialer.