Przełomowy materiał do drukowania 3D w metalu jest podstawą rozwoju
Metalowe materiały do druku 3D są ważną bazą materiałową dla rozwoju technologii druku 3D z metalu. W pewnym stopniu rozwój materiałów decyduje o tym, czy druk 3D może znaleźć szersze zastosowanie. Obecnie metalowe materiały do drukowania 3D obejmują głównie tworzywa konstrukcyjne, żywice światłoczułe, materiały gumowe, materiały metalowe i materiały ceramiczne. pole zostało zastosowane. Te surowce stosowane w drukowaniu 3D metali są specjalnie opracowane dla urządzeń i procesów drukowania 3D metali, które różnią się od zwykłych tworzyw sztucznych, gipsu, żywic itp., A ich postacie są na ogół sproszkowane, włókniste, płytkowe i płynne. Czekać. Zwykle, w zależności od rodzaju sprzętu drukującego i warunków pracy, wielkość cząstek sproszkowanych materiałów do druku 3D z metalu wynosi od 1 do 100 μm, a aby zachować dobrą płynność proszku, generalnie wymagane jest, aby proszek miał wysoki stopień sferyczności. .
Badania i rozwój oraz przełom w zakresie metalowych materiałów do drukowania 3D są podstawą promocji i zastosowania technologii druku 3D w metalu, a także podstawową gwarancją satysfakcjonującego drukowania. Jednym z nich jest wzmocnienie badań i rozwoju materiałów oraz stworzenie kompletnego systemu materiałów drukarskich. W ostatnich latach nastąpił gwałtowny rozwój metalowych materiałów do drukowania 3D. W 2013 roku druk materiałów metalowych wzrósł o 28 procent, aw 2014 osiągnął ponad 30 procent, co stanowi około 12 procent metalowych materiałów do drukowania 3D. Materiały metalowe to głównie tytan, aluminium, stal i nikiel. Stopy tytanu, stopy wysokotemperaturowe, stal nierdzewna, stal matrycowa, stal o wysokiej wytrzymałości, stal stopowa i stopy aluminium mogą być stosowane jako materiały drukarskie i są szeroko stosowane w produkcji, naprawie i regeneracji sprzętu. Jednak obecnie nie ma systemu materiałów do drukowania 3D z metalu, a istniejące materiały są dalekie od zaspokojenia potrzeb drukowania 3D z metalu.
Materiały stosowane do stereoformowania laserowego to głównie materiały obojętne dla metali, a następnym krokiem jest wypróbowanie innych aktywnych materiałów do drukowania na metalach. Proszki metali tradycyjnie stosowane w metalurgii proszków nie mogą w pełni sprostać wymaganiom druku 3D, a obecnie istnieje niewiele rodzajów materiałów metalowych, które można wykorzystać do drukowania, a cena jest stosunkowo wysoka. Było kilka zagranicznych firm specjalizujących się w proszkach metali do druku 3D, takich jak Sulzer Metco w Stanach Zjednoczonych i Sandvik w Szwecji, ale mogą one dostarczyć tylko kilka konwencjonalnych proszków metali. Krajowe badania i rozwój materiałów są stosunkowo opóźnione, a proszek drukarski jest zbyt drogi. Ponieważ cykl badań i rozwoju materiałów jest długi, a badania i rozwój są trudniejsze niż w przypadku sprzętu, przedsiębiorstwa niechętnie prowadzą badania i rozwój materiałów w celu maksymalizacji interesów. Huanghe Cyclone Co., Ltd. jest jednym z nielicznych krajowych przedsiębiorstw zajmujących się produkcją mikroproszku diamentowego i mikroproszku CBN. Badania uniwersyteckie są również zainteresowane sprzętem i oprogramowaniem do drukowania 3D, więc materiały do drukowania w dużej mierze ograniczają rozwój i zastosowanie technologii drukowania 3D z metalu.
Proszki metali
Proszki metali stosowane w druku 3D generalnie wymagają wysokiej czystości, dobrej sferyczności, wąskiego rozkładu wielkości cząstek i niskiej zawartości tlenu. Obecnie materiały w postaci proszku metalicznego stosowane w druku 3D obejmują głównie stopy tytanu, stopy kobaltu i chromu, materiały ze stali nierdzewnej i stopów aluminium, oprócz złota, srebra i innych materiałów w proszku z metali szlachetnych używanych do drukowania biżuterii. Proszek metalowy do drukowania 3D, jako najważniejsze ogniwo w łańcuchu części metalowych w branży druku 3D, ma również największą wartość.
Na „2013 World 3D Printing Technology Industry Conference” autorytatywni eksperci w światowej branży druku 3D podali jasną definicję proszku metalicznego do drukowania 3D, która odnosi się do grupy cząstek metalu, których rozmiar jest mniejszy niż 1 mm. W tym proszek pojedynczego metalu, proszek stopu i trochę ogniotrwałego proszku złożonego o właściwościach metalicznych. Obecnie materiały proszkowe metali do drukowania 3D obejmują stop kobaltu i chromu, stal nierdzewną, stal przemysłową, stop brązu, stop tytanu i stop aluminium niklu itp. Jednak oprócz dobrej plastyczności proszek metalu do drukowania 3D musi również spełniać wymagania drobnego wielkość cząstek proszku, wąski rozkład wielkości cząstek, wysoka sferyczność, dobra płynność i wysoka gęstość nasypowa.
Druk 3D ze stopu tytanu
Stop tytanu ma zalety odporności na wysoką temperaturę, wysoką odporność na korozję, wysoką wytrzymałość, niską gęstość i biokompatybilność i był szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, chemicznym, nuklearnym, sprzęcie sportowym i sprzęcie medycznym oraz w innych dziedzinach. Części ze stopów tytanu przygotowane tradycyjnymi technikami kucia i odlewania są szeroko stosowane w dziedzinach zaawansowanych technologii. Ilość tytanu użytego w samolocie Boeing 747 sięga 42,7 tony. Jednak produkcja dużych części ze stopów tytanu tradycyjnymi metodami kucia i odlewania utrudnia ich szersze zastosowanie ze względu na niekorzystne czynniki, takie jak wysoki koszt produktu, skomplikowany proces, niski stopień wykorzystania materiału i trudna dalsza obróbka. Technologia druku 3D w metalu może zasadniczo rozwiązać te problemy, dlatego w ostatnich latach ta technologia stała się nową technologią bezpośredniego wytwarzania części ze stopów tytanu. Rozwój nowych stopów na bazie tytanu jest głównym kierunkiem badań aplikacyjnych stopu tytanu SLM. Ze względu na niski wskaźnik umocnienia odkształceniowego tytanu i stopów tytanu (około 0,15) odporność na odkształcenia plastyczne przy ścinaniu oraz odporność na zużycie są słabe, co ogranicza użytkowanie jego części w warunkach podwyższonej temperatury i korozyjnego zużycia.
Druk 3D ze stali nierdzewnej
Stal nierdzewna charakteryzuje się odpornością na korozję chemiczną, odpornością na wysoką temperaturę i dobrymi właściwościami mechanicznymi. Ze względu na dobrą formowalność proszku, prosty proces przygotowania i niski koszt, jest to najwcześniejszy materiał stosowany w druku 3D metalu. Na przykład Huazhong University of Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Northeastern University i inne instytucje przeprowadziły dogłębne badania nad drukowaniem 3D w metalu. Obecne badania koncentrują się głównie na zmniejszeniu porowatości, zwiększeniu wytrzymałości oraz mechanizmie sferoidyzacji proszków metali w procesie topienia. Li Ruidi i in. wykorzystali różne parametry procesu do przeprowadzenia testów formowania SLM na proszku ze stali nierdzewnej 304L, uzyskali empiryczny wzór na gęstość stali nierdzewnej 304L i podsumowali mechanizm wzrostu ziarna.
Druk 3D superstopów
Nadstopy odnoszą się do klasy materiałów metalowych opartych na żelazie, niklu i kobalcie, które mogą pracować przez długi czas w wysokich temperaturach powyżej 600 stopni i w pewnych środowiskach naprężeń. Ma wysoką wytrzymałość na wysokie temperatury, dobrą odporność na korozję termiczną i utlenianie oraz dobrą plastyczność i wytrzymałość. Obecnie, w zależności od rodzaju osnowy stopu, można go z grubsza podzielić na trzy typy: stopy na bazie żelaza, niklu i kobaltu. Stopy żaroodporne są stosowane głównie w silnikach o wysokich osiągach. W nowoczesnych, zaawansowanych silnikach lotniczych ilość wysokotemperaturowych materiałów stopowych stanowi od 40 do 60 procent całkowitej masy silnika. Rozwój nowoczesnych, wysokowydajnych silników lotniczych wiąże się z coraz wyższymi wymaganiami dotyczącymi temperatury pracy i parametrów superstopów. Tradycyjny proces metalurgiczny wlewka charakteryzuje się małą szybkością chłodzenia, poważną segregacją niektórych pierwiastków i drugich faz we wlewku, słabą obrabialnością na gorąco, nierówną strukturą i niestabilną wydajnością. Technologia druku 3D w metalu stała się nową metodą rozwiązywania technicznych wąskich gardeł w formowaniu nadstopów. NASA twierdziła, że w teście zapłonu w wysokiej temperaturze przeprowadzonym 22 sierpnia 2014 r., dysza silnika rakietowego wyprodukowana w technologii druku 3D w metalu wytworzyła rekordowy ciąg 9 ton.
Druk 3D ze stopu aluminium
Jako najlżejszy stop konstrukcyjny, stop aluminium ma możliwość zastąpienia stali i stopów aluminium w wielu dziedzinach zastosowań ze względu na swoje szczególne właściwości wytrzymałościowe i tłumiące. Na przykład zastosowanie lekkich stopów aluminium w elementach samochodów i samolotów może zmniejszyć zużycie paliwa i emisję spalin. Stop aluminium ma zdolność do degradacji in situ, niski moduł Younga, wytrzymałość zbliżoną do ludzkiej kości, doskonałą biokompatybilność i ma większe perspektywy zastosowania niż tradycyjne stopy w implantacji chirurgicznej.
Od czasu pojawienia się technologii druku 3D w metalu w latach 1990 XX wieku druk materiałów polimerowych stopniowo koncentrował się na drukowaniu proszków metali, opracowano i opracowano wiele nowych technologii, nowego sprzętu i nowych materiałów. stosowany. Obecnie tempo innowacji w zakresie technologii informatycznych nadal rośnie, a produkcja przemysłowa wkracza w nowy etap inteligencji i cyfryzacji. W 2014 roku Niemcy zaproponowały plan rozwoju „Przemysł 4.0”, który z pewnością spowoduje przełomowe zmiany i innowacje w dziedzinie przemysłu, a technologia druku 3D będzie potężnym impulsem dla rozwoju inteligencji przemysłowej. Technologia druku 3D proszków metali osiągnęła pewne wyniki, ale wąskie gardło materiału nieuchronnie wpłynie na promocję technologii druku 3D, a technologia druku 3D stawia wyższe wymagania materiałom. Istnieje wiele rodzajów materiałów metalowych nadających się do przemysłowego druku 3D, ale tylko specjalne materiały proszkowe mogą sprostać wymaganiom produkcji przemysłowej.
Przyszły kierunek rozwoju materiałów metalowych do drukowania 3D ma głównie trzy aspekty:
Jednym z nich jest wzmocnienie badań nad związkiem między strukturą a właściwościami materiałów na podstawie istniejących materiałów, dalsza optymalizacja parametrów procesu zgodnie z właściwościami materiałów, zwiększenie szybkości drukowania, zmniejszenie porowatości i zawartości tlenu oraz poprawa jakości powierzchni;
Drugim jest opracowanie nowych materiałów, aby nadawały się do drukowania 3D w metalu, takie jak opracowanie nowych materiałów o doskonałej odporności na korozję, odporności na wysoką temperaturę i wszechstronnych właściwościach mechanicznych;
Trzeci polega na rewizji i ulepszeniu systemu standardów technicznych drukowania materiałów proszkowych metali w celu realizacji instytucjonalizacji i normalizacji standardów technicznych drukowania materiałów metalowych.