Materiale cu pulbere metalică pentru imprimare 3d

Imprimarea 3D din metal este o tehnologie de imprimare 3D care utilizează pulbere metalică pentru a imprima direct piesele metalice, cunoscută și sub numele de sinterizare cu pulbere metalică (SLM). Pe lângă plasticitatea bună, pulberea metalică de imprimare 3D trebuie să îndeplinească, de asemenea, cerințele privind dimensiunea particulelor de pulbere fină și distribuția mare a particulelor. Îngust, sfericitate ridicată, fluiditate bună și cerințe mari de densitate în vrac. În prezent, pulberile metalice utilizate în majoritatea imprimantelor 3D includ oțel inoxidabil, aliaje de aluminiu, aliaje de cobalt-crom, aliaje de cupru, aliaje de titan și aliaje de nichel. Aliajele pe bază de fier sunt inginerești. Cel mai important și mai utilizat material metalic în tehnologie este utilizat în principal pentru formarea structurilor complexe și este utilizat pe scară largă în industria aerospațială, auto, construcții navale, fabricarea de mașini și alte industrii.

Tipul de pulbere metalică și procesul de imprimare 3D utilizate pentru a determina proprietățile produsului final

●Pudră de oțel inoxidabil

Materiale de imprimare metalice relativ ieftine, rentabile, rezistență bună la coroziune, rezistență ridicată, pot produce rapid și eficient loturi mici de piese industriale complexe.

●Pudră din aliaj de aluminiu

În prezent, aliajele de aluminiu utilizate în imprimarea 3D pe metal includ în principal aluminiu siliciu AlSi12 și AlSi10Mg. Aluminiu siliciu 12 este un aditiv ușor utilizat pentru a produce pulberi metalice cu proprietăți termice bune. Combinația de siliciu și magneziu permite aliajelor de aluminiu să aibă o rezistență mai mare. și rigiditate, făcându-l potrivit pentru geometrii complexe și cu pereți subțiri, în special în aplicații cu proprietăți termice bune și greutate redusă. Aliajele de aluminiu sunt cea mai utilizată clasă de materiale structurale neferoase cu rezistență ridicată, aproape sau depășind oțel de înaltă calitate și plasticitate bună. Cercetările arată că aliajele de aluminiu pentru imprimarea 3D pot obține piese dense, structuri mici și proprietăți mecanice comparabile sau chiar mai bune decât piesele de turnare și în comparație cu procesele tradiționale. Calitatea pieselor poate fi redusă cu 22%, dar costul poate fi redus. cu 30 la sută.

●Pudra din aliaj cobalt-crom

Datorită rezistenței sale excelente la uzură și a rezistenței la coroziune, pulberea de aliaj de cobalt-crom pentru imprimarea 3D din metal este folosită în mod obișnuit pentru a imprima diverse articulații artificiale și implanturi ortopedice și este, de asemenea, utilizată în domeniul stomatologiei.

●Pudră din aliaj de cupru

Cu o conductivitate termică și electrică excelentă, cuprul cu conductivitate termică excelentă în aplicațiile de management termic poate fi combinat cu libertatea de proiectare pentru a produce structuri interne complexe și canale de răcire conforme.

●Pudră din aliaj de titan

Este utilizat pe scară largă în domeniul aerospațial, folosind avantajele imprimării 3D pentru a ajuta la optimizarea designului produsului, cum ar fi înlocuirea corpului solid original cu o structură complexă și rezonabilă, astfel încât produsul finit să aibă o greutate mai mică și proprietăți mecanice mai bune. Acest lucru poate reduce doar costurile, dar poate fi realizată și o producție ușoară a fiecărei componente.

●Pudră din aliaj de nichel

Rezistența la oxidare și rezistența la coroziune a aliajului de nichel îl fac potrivit pentru mediul dur de temperatură ridicată și presiune înaltă. Când aliajul de nichel este încălzit, un strat de oxid gros și stabil va fi pasivizat pe suprafața aliajului pentru a proteja interiorul aliajului de coroziune. Proprietățile mecanice bune sunt menținute într-un interval larg de temperatură.

Cum sunt utilizate materialele sub formă de pulbere pentru imprimarea 3D

Un fascicul laser de înaltă energie, controlat de datele modelului 3D, este utilizat pentru a topi local matricea metalică, în timp ce sinterizarea solidifică materialul metalic sub formă de pulbere și stivuirea automată strat cu strat pentru a genera părți solide geometrice dense.

Cum se produc pulberi metalice de imprimare 3D

Fabricarea pulberilor metalice este un aspect fundamental al metalurgiei pulberilor. Diferite metode utilizate pentru prepararea pulberilor metalice includ reducerea, electroliza, descompunerea carbonilului, măcinarea și atomizarea.

Cele mai utilizate patru metode pentru producerea pulberilor metalice sunt reducerea în stare solidă, electroliza, chimica și atomizarea.

Majoritatea producătorilor folosesc metode de electroliză și reducere pentru a produce pulberi metalice elementare. Dar nu sunt potrivite pentru producerea de pulberi de aliaj. Cu toate acestea, metoda de atomizare tinde să depășească această limitare, astfel încât producătorii o folosesc pentru producerea de pulberi de aliaj.

Electroliza este o altă metodă folosită pentru a produce metale pulbere. Prin alegerea compoziției electrolitului, temperaturii, concentrației și densității de curent adecvate, diferite metale pot fi depuse sub formă de bureți sau pulberi. Aceasta poate fi urmată de spălare, uscare, reducere, recoacere și zdrobire. Această metodă produce pulberi metalice de puritate foarte ridicată. Este folosit practic pentru pulberile de cupru foarte conductive datorită cerințelor sale mari de energie.

Metoda de atomizare se referă la o metodă de zdrobire a metalului topit în particule cu o dimensiune mai mică de 150 μm prin metode mecanice. Conform metodei de zdrobire a metalului topit, metodele de atomizare includ atomizarea în două fluxuri, atomizarea centrifugă, atomizarea cu ultrasunete, atomizarea în vid etc. Aceste metode de atomizare au propriile caracteristici și au fost utilizate cu succes în producția industrială. Printre acestea, metoda de atomizare a vaporilor de apă are avantajele unui echipament și proces de producție simplu, consum redus de energie și dimensiune mare a lotului și a devenit principala pulbere de metal. Metode industriale de producție.

Cerințe de performanță a imprimării 3D pentru pulberile metalice

1. Puritate

Incluziunile ceramice vor reduce semnificativ performanța piesei finale, iar aceste incluziuni au, în general, un punct de topire ridicat și sunt greu de sinterizat, deci nu trebuie să existe incluziuni ceramice în pulbere. În plus, conținutul de oxigen și azot trebuie, de asemenea, controlat strict. În prezent, tehnologia de preparare a pulberii pentru imprimarea 3D a metalului se bazează în principal pe metoda de atomizare. Pulberea are o suprafață specifică mare și este ușor de oxidat. În domeniile de aplicații speciale, cum ar fi industria aerospațială, clienții au cerințe mai stricte pentru acest indice, cum ar fi superaliaje. Conținutul de oxigen al pulberii este de 0.006 procente -0,018 la sută, conținutul de oxigen al pulberii de aliaj de titan este de 0,007 la sută -0,013 la sută, iar conținutul de oxigen al pulberii de oțel inoxidabil este de 0,010 la sută -0,025 la sută.

2. Fluiditatea pulberii și densitatea în vrac

Fluiditatea pulberii afectează direct uniformitatea împrăștierii pulberii în timpul procesului de imprimare și stabilitatea procesului de alimentare cu pulbere. Fluiditatea este legată de morfologia pulberii, distribuția dimensiunii particulelor și densitatea în vrac. Cu cât proporția de pulbere fină este mai mică, cu atât fluiditatea acesteia este mai bună; densitatea particulelor rămâne neschimbată, densitatea relativă crește, iar fluiditatea pulberii crește. În plus, adsorbția de apă, gaz etc. pe suprafața particulelor va reduce fluiditatea pulberii.

3. Distribuția dimensiunii particulelor de pulbere

Diferite echipamente de imprimare 3D și procese de formare au cerințe diferite pentru distribuția dimensiunii particulelor de pulbere. În prezent, intervalul de dimensiune a particulelor de pulbere utilizat în mod obișnuit în imprimarea 3D metalică este de 15-53μm (pulbere fină) și 53-105μm (pulbere grosieră). Alegerea dimensiunii particulelor de pulbere de metal pentru imprimarea 3D este, în principal. Potrivit imprimantelor metalice cu diferite surse de energie, imprimantele care folosesc laserul ca sursă de energie sunt potrivite pentru utilizarea pulberii de 15-53μm ca consumabile datorită punctului lor de focalizare fin și topirii ușoare. de pulbere fină. Metoda de alimentare cu pulbere este acoperirea cu pulbere strat cu strat; Imprimanta de împrăștiere a pulberii cu un fascicul de electroni ca sursă de energie are un punct de focalizare puțin mai gros, care este mai potrivit pentru topirea pulberii grosiere și este potrivită pentru utilizarea pulberii grosiere de 53-105 μm; pentru imprimanta de tipul cu alimentare coaxială cu pulbere, dimensiunea particulelor de 105-150 μm poate fi folosită ca consumabile pulbere.

4. Morfologia pulberilor

Morfologia pulberii este strâns legată de metoda de preparare a pulberii. În general, atunci când gazul metalic sau lichidul topit este transformat în pulbere, forma particulelor de pulbere tinde să fie sferică. Majoritatea pulberilor preparate prin metoda sunt dendritice. În general, cu cât sfericitatea este mai mare, cu atât fluiditatea particulelor de pulbere este mai bună. Pulberea metalică de imprimare 3D necesită asfericitate de peste 98%, astfel încât împrăștierea și alimentarea cu pulbere sunt mai ușor de realizat în timpul imprimării.

Importanța imprimării 3D cu pulbere metalică

Pulberea metalică face imprimarea 3D mai rapidă și permite prototiparea rapidă. Producătorii pot, de asemenea, modifica design-urile mai eficient. Această metodă este, de asemenea, rentabilă, deoarece imprimantele 3D metalice folosesc doar cantitatea de material necesară pentru a realiza piesa dorită. Facilitează proiectarea pieselor complexe de mașini și permite producerea de piese de mașini „imposibile”.