Metāla 3D drukas materiālu izrāviens ir attīstības pamats
Metāla 3D drukas materiāli ir svarīgs materiāls pamats metāla 3D drukas tehnoloģijas attīstībai. Zināmā mērā materiālu attīstība nosaka, vai 3D drukāšanu var izmantot plašāk. Pašlaik metāla 3D drukas materiāli galvenokārt ietver inženiertehnisko plastmasu, gaismjutīgus sveķus, gumijas materiālus, metāla materiālus un keramikas materiālus. lauks ir piemērots. Šie metāla 3D drukāšanā izmantotie izejmateriāli ir īpaši izstrādāti metāla 3D drukas iekārtām un procesiem, kas atšķiras no parastajām plastmasām, ģipsi, sveķiem u.c., un to formas parasti ir pulverveida, pavedienveida, slāņainas un šķidras. pagaidi. Parasti, atkarībā no drukas iekārtas veida un darbības apstākļiem, izmantoto pulvermetāla 3D drukas materiālu daļiņu izmērs svārstās no 1 līdz 100 μm, un, lai saglabātu labu pulvera plūstamību, pulverim parasti ir jābūt augsta sfēriskuma pakāpe. .
Metāla 3D drukas materiālu izpēte, izstrāde un izrāviens ir metāla 3D drukas tehnoloģiju veicināšanas un pielietojuma pamats, kā arī pamatgarantija apmierinošai drukāšanai. Viens no tiem ir stiprināt materiālu izpēti un izstrādi un izveidot pilnīgu drukas materiālu sistēmu. Pēdējos gados metāla 3D drukas materiāli ir strauji attīstījušies. 2013. gadā metāla materiālu drukāšana pieauga par 28 procentiem, bet 2014. gadā tā sasniedza vairāk nekā 30 procentus, veidojot aptuveni 12 procentus no metāla 3D drukas materiāliem. Metāla materiāli galvenokārt ir titāns, alumīnijs, tērauds un niķelis. Titāna sakausējumus, augstas temperatūras sakausējumus, nerūsējošo tēraudu, prestēraudu, augstas stiprības tēraudu, leģēto tēraudu un alumīnija sakausējumus var izmantot kā drukas materiālus, un tos plaši izmanto iekārtu ražošanā, remontā un pārbūvē. Tomēr šobrīd nav metāla 3D drukas materiālu sistēmas, un esošie materiāli ne tuvu neatbilst metāla 3D drukas vajadzībām.
Lāzera stereoformēšanai izmantotie materiāli galvenokārt ir metāla inerti materiāli, un nākamais solis ir izmēģināt citus aktīvos metāla apdrukas materiālus. Metāla pulveri, ko tradicionāli izmanto pulvermetalurģijā, nevar pilnībā atbilst 3D drukas prasībām, un šobrīd ir maz veidu metālu materiālu, ko var izmantot drukāšanai, un cena ir salīdzinoši augsta. Ir bijuši daži ārvalstu uzņēmumi, kas specializējas metāla pulvera ražošanā 3D drukāšanai, piemēram, Sulzer Metco ASV un Sandvik Zviedrijā, taču tie var nodrošināt tikai dažus parastos metāla pulverus. Iekšzemes materiālu izpēte un izstrāde salīdzinoši atpaliek, un drukas pulveris ir pārāk dārgs. Tā kā materiālu izpētes un izstrādes cikls ir garš un pētniecība un izstrāde ir grūtāka nekā iekārtu izpēte, uzņēmumi nelabprāt veic materiālu izpēti un izstrādi, lai palielinātu intereses. Huanghe Cyclone Co., Ltd. ir viens no nedaudzajiem vietējiem uzņēmumiem, kas nodarbojas ar dimanta mikropulvera un CBN mikropulvera ražošanu. Universitātes pētījumi ir ieinteresēti arī 3D drukas iekārtu un programmatūras jomā, tāpēc drukas materiāli lielā mērā ierobežo metāla 3D drukas tehnoloģiju izstrādi un pielietojumu.
Metāla pulveri
Metāla pulveriem, ko izmanto 3D drukāšanā, parasti ir nepieciešama augsta tīrība, laba sfēriskums, šaurs daļiņu izmēra sadalījums un zems skābekļa saturs. Pašlaik 3D drukāšanā izmantotie metāla pulvera materiāli galvenokārt ietver titāna sakausējumus, kobalta-hroma sakausējumus, nerūsējošā tērauda un alumīnija sakausējumu materiālus, kā arī zeltu, sudrabu un citus dārgmetālu pulvera materiālus, ko izmanto juvelierizstrādājumu drukāšanai. 3D drukas metāla pulveris kā svarīgākais posms 3D drukas nozares metāla detaļu ķēdē arī ir vislielākā vērtība.
"2013. gada Pasaules 3D drukas tehnoloģiju nozares konferencē" autoritatīvi pasaules 3D drukas nozares eksperti sniedza skaidru 3D drukas metāla pulvera definīciju, kas attiecas uz metāla daļiņu grupu, kuru izmērs ir mazāks par 1 mm. Ieskaitot atsevišķu metāla pulveri, sakausējuma pulveri un dažus ugunsizturīgu savienojumu pulveri ar metāliskām īpašībām. Pašlaik 3D drukāšanas metāla pulvera materiāli ir kobalta hroma sakausējums, nerūsējošais tērauds, rūpnieciskais tērauds, bronzas sakausējums, titāna sakausējums un niķeļa alumīnija sakausējums utt. Tomēr papildus labai plastiskumam 3D drukāšanas metāla pulverim ir jāatbilst arī smalkās drukas prasībām. pulvera daļiņu izmērs, šaurs daļiņu izmēra sadalījums, augsta sfēriskums, laba plūstamība un augsts tilpuma blīvums.
Titāna sakausējuma 3D druka
Titāna sakausējuma priekšrocības ir augstas temperatūras izturība, augsta izturība pret koroziju, augsta izturība, zems blīvums un bioloģiskā savietojamība, un to plaši izmanto kosmosa, ķīmiskās rūpniecības, kodolrūpniecības, sporta aprīkojuma un medicīnas aprīkojuma un citās jomās. Titāna sakausējuma detaļas, kas sagatavotas, izmantojot tradicionālās kalšanas un liešanas metodes, ir plaši izmantotas augsto tehnoloģiju jomās. Boeing 747 lidmašīnā izmantotā titāna daudzums sasniedz 42,7 t. Tomēr lielu titāna sakausējuma detaļu ražošana ar tradicionālajām kalšanas un liešanas metodēm ir kavējusi tās plašāku pielietojumu tādu nelabvēlīgu faktoru dēļ kā augstās produkta izmaksas, sarežģīts process, zems materiālu izmantošanas līmenis un sarežģīta turpmākā apstrāde. Metāla 3D drukas tehnoloģija var fundamentāli atrisināt šīs problēmas, tāpēc šī tehnoloģija pēdējos gados ir kļuvusi par jaunu tehnoloģiju tiešai titāna sakausējuma detaļu ražošanai. Jaunu titāna sakausējumu izstrāde ir galvenais titāna sakausējuma SLM pielietojuma pētījumu virziens. Titāna un titāna sakausējumu zemā deformācijas sacietēšanas indeksa (aptuveni 0.15) dēļ izturība pret plastmasas bīdes deformācijām un nodilumizturība ir vāja, kas ierobežo tā detaļu izmantošanu augstas temperatūras un korozīva nodiluma apstākļos.
Nerūsējošā tērauda 3D druka
Nerūsējošajam tēraudam piemīt ķīmiskās korozijas izturības īpašības, izturība pret augstu temperatūru un labas mehāniskās īpašības. Pateicoties labajai pulverveidojamībai, vienkāršajam sagatavošanas procesam un zemajām izmaksām, tas ir agrākais materiāls, kas izmantots 3D metāla drukāšanā. Piemēram, Huazhong Zinātnes un tehnoloģiju universitāte, Naņdzjinas Aeronautikas un astronautikas universitāte, Ziemeļaustrumu universitāte un citas institūcijas ir veikušas padziļinātus pētījumus par metāla 3D drukāšanu. Pašreizējie pētījumi galvenokārt ir vērsti uz metāla pulvera porainības samazināšanu, stiprības palielināšanu un sferoidizācijas mehānismu kausēšanas procesā. Li Ruidi et al. izmantoja dažādus procesa parametrus, lai veiktu SLM formēšanas testus ar 304L nerūsējošā tērauda pulveri, ieguva empīrisku formulu 304L nerūsējošā tērauda blīvumam un apkopoja graudu augšanas mehānismu.
Supersakausējumu 3D druka
Supersakausējumi attiecas uz metālu materiālu klasi, kuru pamatā ir dzelzs, niķelis un kobalts, kas var ilgstoši darboties augstā temperatūrā virs 600 grādiem un noteiktā stresa vidē. Tam ir augsta izturība pret augstu temperatūru, laba termiskā korozija un oksidācijas izturība, kā arī laba plastika un stingrība. Pašlaik pēc sakausējuma matricas veida to var aptuveni iedalīt trīs veidos: sakausējumos uz dzelzs bāzes, niķeļa bāzes un kobalta bāzes sakausējumi. Augstas temperatūras sakausējumus galvenokārt izmanto augstas veiktspējas dzinējos. Mūsdienu progresīvos aviācijas dzinējos augstas temperatūras sakausējumu materiālu daudzums veido 40–60 procentus no dzinēja kopējās masas. Mūsdienīgu augstas veiktspējas aviācijas dzinēju izstrādei ir arvien augstākas prasības attiecībā uz supersakausējumu ekspluatācijas temperatūru un veiktspēju. Tradicionālajam lietņu metalurģijas procesam ir lēns dzesēšanas ātrums, izteikta atsevišķu elementu segregācija un otrās fāzes lietņā, slikta karstās apstrādes spēja, nevienmērīga struktūra un nestabila veiktspēja. Metāla 3D drukas tehnoloģija ir kļuvusi par jaunu metodi, lai atrisinātu supersakausējumu veidošanas tehniskos trūkumus. NASA apgalvoja, ka augstas temperatūras aizdedzes testā, kas tika veikts 2014. gada 22. augustā, raķešu dzinēja sprausla, kas izgatavota ar metāla 3D drukāšanas tehnoloģiju, radīja rekordlielu 9 tonnu vilci.
Alumīnija sakausējuma 3D druka
Alumīnija sakausējumam kā vieglākajam strukturālajam sakausējumam ir iespēja aizstāt tēraudu un alumīnija sakausējumu daudzās lietošanas jomās, pateicoties tā īpašajām augstas stiprības un amortizācijas īpašībām. Piemēram, viegla alumīnija sakausējumu izmantošana automašīnu un lidmašīnu sastāvdaļās var samazināt degvielas patēriņu un izplūdes gāzu emisijas. Alumīnija sakausējumam ir in situ noārdīšanās spēja, zems Janga modulis, izturība tuvu cilvēka kaulam, lieliska bioloģiskā saderība, un tam ir lielākas pielietojuma iespējas nekā tradicionālajiem sakausējumiem ķirurģiskajā implantācijā.
Kopš metāla 3D drukas tehnoloģijas parādīšanās 199. gados, polimēru materiālu drukāšana pakāpeniski ir vērsta uz metāla pulveru drukāšanu, un ir izstrādāts liels skaits jaunu tehnoloģiju, jaunas iekārtas un jauni materiāli un piemērots. Pašlaik informācijas tehnoloģiju inovāciju temps turpina virzīties uz priekšu, un rūpnieciskā ražošana ieiet jaunā izlūkošanas un digitalizācijas posmā. 2014. gadā Vācija ierosināja "Industry 4.0" attīstības plānu, kas noteikti radīs graujošas izmaiņas un inovācijas industriālajā jomā, un 3D drukas tehnoloģija būs spēcīgs virzītājspēks rūpnieciskās inteliģences attīstībai. Metāla pulvera 3D drukas tehnoloģija ir sasniegusi noteiktus rezultātus, taču materiālu sastrēgums neizbēgami ietekmēs 3D drukas tehnoloģijas veicināšanu, un 3D drukas tehnoloģija izvirza augstākas prasības materiāliem. Rūpnieciskajai 3D drukāšanai ir piemēroti daudzi metāla materiālu veidi, taču rūpnieciskās ražošanas prasībām var atbilst tikai īpaši pulvermateriāli.
3D drukāšanas metāla materiālu nākotnes attīstības virzienam galvenokārt ir trīs aspekti:
Viens no tiem ir, kā uz esošo materiālu bāzes stiprināt materiālu struktūras un īpašību saistību izpēti, tālāk optimizēt procesa parametrus atbilstoši materiālu īpašībām, palielināt drukas ātrumu, samazināt porainību un skābekļa saturu, kā arī uzlabot virsmas kvalitāti;
Otrs ir jaunu materiālu izstrāde, lai tie būtu piemēroti metāla 3D drukāšanai, piemēram, jaunu materiālu izstrāde ar izcilu izturību pret koroziju, izturību pret augstu temperatūru un visaptverošām mehāniskām īpašībām;
Trešais ir 3D drukāšanas metāla pulvera materiālu tehnisko standartu sistēmas pārskatīšana un uzlabošana, lai realizētu metāla materiālu drukas tehnisko standartu institucionalizāciju un normalizēšanu.