Kovové práškové materiály pro 3D tisk

Kovový 3D tisk je technologie 3D tisku, která používá kovový prášek k přímému tisku kovových dílů, známých také jako slinování kovového prášku (SLM). Kromě dobré plasticity musí kovový prášek pro 3D tisk splňovat také požadavky na velikost jemných práškových částic a distribuci vysoké velikosti částic. Úzká, vysoká kulovitost, dobrá tekutost a požadavky na vysokou objemovou hustotu. V současné době kovové prášky používané ve většině 3D tiskáren zahrnují nerezovou ocel, hliníkové slitiny, slitiny kobaltu a chromu, slitiny mědi, slitiny titanu a slitiny niklu. Slitiny na bázi železa jsou inženýrství Nejdůležitější a nejpoužívanější kovový materiál v technologii se většinou používá pro tvarování složitých konstrukcí a je široce používán v leteckém, automobilovém, loďařském průmyslu, strojírenské výrobě a dalších průmyslových odvětvích.

Typ kovového prášku a proces 3D tisku použitý k určení vlastností konečného produktu

●Prášek z nerezové oceli

Relativně levné kovové tiskové materiály, nákladově efektivní, dobrá odolnost proti korozi, vysoká pevnost, mohou rychle a efektivně vyrábět malé série složitých průmyslových dílů.

●Prášek z hliníkové slitiny

V současné době hliníkové slitiny používané v kovovém 3D tisku zahrnují především hliníkový křemík AlSi12 a AlSi10Mg. Hliníkový křemík 12 je lehké aditivum používané k výrobě kovových prášků s dobrými tepelnými vlastnostmi. Kombinace křemíku a hořčíku umožňuje hliníkovým slitinám mít vyšší pevnost. a tuhost, díky čemuž je vhodný pro tenkostěnné a složité geometrie, zejména v aplikacích s dobrými tepelnými vlastnostmi a nízkou hmotností. Hliníkové slitiny jsou nejpoužívanější třídou neželezných konstrukčních materiálů ve vysoké pevnosti, blízké nebo překonávající vysoce kvalitní ocel a dobrou plasticitu. Výzkum ukazuje, že hliníkové slitiny pro 3D tisk mohou dosáhnout hustých dílů, malých struktur a mechanických vlastností srovnatelných nebo dokonce lepších než odlévací díly a ve srovnání s tradičními procesy Kvalita dílů může být snížena o 22%, ale náklady mohou být sníženy o 30%.

●Prášek ze slitiny kobalt-chromu

Díky své vynikající odolnosti proti opotřebení a korozi se prášek ze slitiny kobaltu a chromu pro kovový 3D tisk běžně používá k tisku různých umělých kloubů a ortopedických implantátů a používá se také v oblasti stomatologie.

●Prášek ze slitiny mědi

Díky vynikající tepelné a elektrické vodivosti lze měď s vynikající tepelnou vodivostí v aplikacích tepelného managementu kombinovat s konstrukční svobodou a vytvářet složité vnitřní struktury a konformní chladicí kanály.

●Prášek ze slitiny titanu

Je široce používán v oblasti letectví a využívá výhod 3D tisku, který pomáhá optimalizovat design produktu, jako je nahrazení původního pevného těla složitou a rozumnou strukturou, takže hotový výrobek má nižší hmotnost a lepší mechanické vlastnosti. To může nejen snížit náklady, ale také dosáhnout lehké výroby každé součásti.

●Prášek ze slitiny niklu

Odolnost proti oxidaci a korozi slitiny niklu je vhodná pro drsné prostředí s vysokou teplotou a vysokým tlakem. Když se slitina niklu zahřívá, na povrchu slitiny bude pasivována silná a stabilní oxidová vrstva, která chrání vnitřek slitiny před korozí. Dobré mechanické vlastnosti jsou udržovány v širokém teplotním rozsahu.

Jak se práškové materiály používají pro 3D tisk

Vysokoenergetický laserový paprsek, řízený daty 3D modelu, se používá k lokálnímu roztavení kovové matrice, zatímco slinování tuhne práškový kovový materiál a automaticky vrstvu po vrstvě stohová pro generování hustých geometrických pevných dílů.

Jak vyrobit kovové prášky pro 3D tisk

Výroba kovového prášku je základním aspektem práškové metalurgie. Různé metody používané k přípravě kovových prášků zahrnují redukci, elektrolýzu, rozklad karbonylu, broušení a atomizaci.

Čtyři nejpoužívanější metody pro výrobu kovových prášků jsou redukce v pevném stavu, elektrolýza, chemikálie a atomizace.

Většina výrobců používá k výrobě elementárních kovových prášků elektrolýzu a redukční metody. Nejsou však vhodné pro výrobu slitinových prášků. Metoda atomizace má však tendenci toto omezení překonat, takže ji výrobci používají k výrobě slitinových prášků.

Elektrolýza je další metodou používanou k výrobě práškových kovů. Výběrem vhodného složení elektrolytu, teploty, koncentrace a proudové hustoty mohou být různé kovy uloženy jako houby nebo prášky. Poté lze promýt, sušit, redukovat, žíhat a drtit. Tato metoda produkuje kovové prášky velmi vysoké čistoty. V podstatě se používá pro vysoce vodivé měděné prášky kvůli vysokým energetickým požadavkům.

Metoda atomizace se týká metody drcení roztaveného kovu na částice o velikosti menší než 150 μm mechanickými metodami. Podle metody drcení roztaveného kovu zahrnují atomizační metody dvouproudou atomizaci, odstředivou atomizaci, ultrazvukovou atomizaci, vakuovou atomizaci atd. Tyto atomizační metody mají své vlastní charakteristiky a byly úspěšně použity v průmyslové výrobě. Mezi nimi má metoda atomizace vodní páry výhody jednoduchého výrobního zařízení a procesu, nízké spotřeby energie a velké velikosti dávky a stala se hlavním kovovým práškem. Metody průmyslové výroby.

Požadavky na výkon 3D tisku pro kovové prášky

1. Čistota

Keramické inkluze výrazně sníží výkon finální části a tyto inkluze mají obecně vysokou teplotu tání a je obtížné je spékat, takže v prášku nesmí být žádné keramické inkluze. Kromě toho musí být také přísně kontrolován obsah kyslíku a dusíku . V současné době je technologie přípravy prášku pro kovový 3D tisk založena především na metodě atomizace. Prášek má velkou specifickou povrchovou plochu a snadno se oxiduje. Ve speciálních aplikačních oblastech, jako je letecký průmysl, mají zákazníci přísnější požadavky na tento index, jako jsou superslitiny Obsah kyslíku v prášku je 0,006% -0,018%, obsah kyslíku v prášku ze slitiny titanu je 0,007% -0,013% a obsah kyslíku v prášku z nerezové oceli je 0,010% -0,025%.

2. Tekutost prášku a objemová hmotnost

Tekutost prášku přímo ovlivňuje rovnoměrnost šíření prášku během procesu tisku a stabilitu procesu podávání prášku. Tekutost souvisí s morfologií prášku, distribucí velikosti částic a objemovou hustotou. Čím menší je podíl jemného prášku, tím lepší je jeho tekutost; hustota částic zůstává nezměněna, relativní hustota se zvyšuje a tekutost prášku se zvyšuje. Kromě toho adsorpce vody, plynu atd. Na povrchu částic sníží tekutost prášku.

3. Distribuce velikosti práškových částic

Různá zařízení pro 3D tisk a tvářecí procesy mají různé požadavky na distribuci velikosti práškových částic. V současné době je rozsah velikostí práškových částic běžně používaný v kovovém 3D tisku 15-53μm (jemný prášek) a 53-105μm (hrubý prášek). Volba velikosti částic kovového prášku pro 3D tisk je hlavně Podle kovových tiskáren s různými zdroji energie jsou tiskárny používající laser jako zdroj energie vhodné pro použití prášku 15-53μm jako spotřebního materiálu kvůli jejich jemnému zaostřovacímu místu a snadnému tavení jemného prášku. Metoda dodávání prášku je práškové lakování vrstvy po vrstvě; Prášková tiskárna s elektronovým paprskem jako zdrojem energie má o něco silnější zaostřovací bod, který je vhodnější pro tavení hrubého prášku a je vhodný pro použití hrubého prášku 53-105 μm; pro tiskárnu typu koaxiálního podávání prášku lze jako spotřební materiál použít prášek o velikosti částic 105-150 μm.

4. Morfologie prášku

Morfologie prášku úzce souvisí s metodou přípravy prášku. Obecně platí, že když je kovový plyn nebo roztavená kapalina přeměněna na prášek, tvar práškových částic má tendenci být sférický. Většina prášků připravených metodou je dendritická. Obecně řečeno, čím vyšší je sféricita, tím lepší je tekutost práškových částic. Kovový prášek pro 3D tisk vyžaduje asféričnost více než 98%, takže šíření prášku a podávání prášku se během tisku snadněji provádí.

Význam 3D kovového práškového tisku

Kovový prášek urychluje 3D tisk a umožňuje rychlé prototypování. Výrobci mohou také efektivněji upravovat návrhy. Tato metoda je také nákladově efektivní, protože kovové 3D tiskárny používají pouze množství materiálu potřebného k výrobě požadovaného dílu. Usnadňuje konstrukci složitých strojních dílů a umožňuje výrobu "nemožných" strojních dílů.