Металлические материалы для 3D-печати

Сталь

Сталь - самый распространенный металл, используемый в 3D-печати. Превосходные свойства материала, универсальность и широкое применение в прецизионном производстве делают сталь для 3D-печати отличным вариантом для создания высококачественных деталей. Можно печатать на большинстве типов стали, но чаще всего используются два типа нержавеющих сталей и инструментальных сталей - металлы, которые более дороги и трудны в изготовлении традиционным способом.

Положительные атрибуты:

• отличная прочность и жесткость.
• широкий спектр свойств материала.
• термообработка.

Нержавеющая сталь это прочные, жесткие стали, обладающие отличной коррозионной стойкостью благодаря значительному содержанию хрома (не менее 12%, часто до 18%). Обычно печатают два типа нержавеющих сталей:аустенитную и мартенситную.

• Аустенитная нержавеющая сталь , наиболее распространенный тип нержавеющих сталей, устойчив к коррозии и может подвергаться как механической обработке, так и сварке, но не может подвергаться термообработке. 316L это обычная нержавеющая сталь, напечатанная на 3D-принтере, известная своей превосходной коррозионной стойкостью.
• Мартенситная нержавеющая сталь стали они намного тверже аустенитных сталей, но более хрупкие и менее устойчивы к коррозии. 17–4 PH представляет собой мартенситную нержавеющую сталь, которая может подвергаться термообработке для соответствия различным свойствам материала и широко используется в производстве.

Инструментальные стали названы в честь их основного применения - всех разновидностей инструментов. Они содержат карбид - чрезвычайно твердый состав, от которого зависит их способность резать, шлифовать, штамповать, формовать или формировать. Как правило, они очень твердые, устойчивые к истиранию, и многие из них могут использоваться при высоких температурах. Три типа металла, которые чаще всего печатают на 3D-принтере, - это инструментальные стали серии A, серии D и серии H.

• Серия Инструментальные стали - это отличные инструментальные стали общего назначения, которые поддаются механической обработке, в которых сочетаются износостойкость и вязкость. Существует восемь разновидностей серии A, наиболее распространенной из которых является A2 . инструментальная сталь. Это универсальная инструментальная сталь для холодной обработки, которая часто используется для изготовления штампов и штампов, а также для многих других целей.
• Серия D Инструментальные стали оптимизированы по износостойкости и твердости. Они не особо прочные и используются только для холодных работ. Самая распространенная разновидность в серии D - D2 . Сталь, инструментальная сталь для холодной обработки, используемая для всех видов режущих инструментов, от лезвий до промышленных режущих инструментов и ножей.
• Серия H инструментальная сталь режет и формирует материал при высоких (или циклических) температурах. H13 является наиболее распространенной инструментальной сталью для горячих работ, напечатанной на 3D-принтере. Сочетание превосходной прочности, ударной вязкости, износостойкости и термостойкости металла, напечатанного на 3D-принтере, делает эту сталь хорошей инструментальной сталью общего назначения, оптимизированной для использования при высоких температурах.

Суперсплавы

Технология 3D-печати металлом отличается тем, что позволяет изготавливать высококачественные сплавы при относительно низких затратах. 3D-печать, которую часто сложно и дорого обрабатывать, позволяет компаниям производить высокопроизводительные детали более доступными методами, чем методы вычитания. Суперсплавы хорошо себя чувствуют в неблагоприятных условиях - местах с высокой температурой, агрессивными химическими веществами или и тем, и другим. Хотя существует множество суперсплавов для печати, две наиболее распространенные группы - это инконель и кобальт-хром.

Положительные атрибуты:

• Отличные механические свойства.
• Термостойкость
• Хорошая стабильность поверхности.
• Устойчивость к коррозии
• Биосовместимость (только кобальт-хром)

Инконель
Наиболее распространенной запатентованной группой никелевых сплавов является инконель. Этот чрезвычайно прочный, прочный и устойчивый к коррозии материал используется в турбинах, уплотнениях двигателей и
ракетах. Два состава инконеля, которые чаще всего используются в 3D-печати, - это более прочный и жесткий Inconel 718 . и более термостойкий Inconel 625 . Оба варианта дороги
в обработке, что делает 3D-печать рентабельной альтернативой.

Кобальтовый хром
Этот суперсплав известен своей биосовместимостью, высоким отношением прочности к весу и коррозионной стойкостью; По сути, это более качественная, более плотная и более дорогая версия титана. Как и Inconel, он используется в турбинах и других агрессивных средах, но также может использоваться в медицинских целях, для которых Inconel не подходит, включая ортопедические и дентальные имплантаты.

Титан

Несмотря на то, что титан не является распространенным материалом, используемым в обычных производственных процессах, соотношение прочности и веса титана и высокая стоимость (как стоимость материалов, так и затраты на обработку) делают его отличным выбором для 3D-печати. Титан обычно печатается в двух вариантах:титановые сплавы и чистый титан (известный как CP Ti).

Положительные атрибуты:

• Отношение прочности к весу.
• Термостойкость
• Химическая стойкость
• Биосовместимость (зависит от процесса и сплава)

Титановые сплавы
Титан достигает своих лучших механических качеств при легировании с другими металлами. Самый распространенный титановый сплав - Ti64 (Ti-6Al-4V) . - материал более прочный и на 40% менее плотный, чем нержавеющая сталь 17-4 PH. Он отлично работает в агрессивных и высокотемпературных средах. Эти характеристики делают его лучшим выбором в отраслях, где ценится высокое соотношение прочности и веса, например в самолетах и ​​высокопроизводительных транспортных средствах.

Технически чистый титан (CP Ti)

Чистый титан не такой прочный, как большинство титановых сплавов, но он обладает высокой биосовместимостью. Он используется для ортопедических вставок и аналогичных медицинских применений.

Медь

Медь представляет собой совершенно уникальную ценность среди металлических материалов для 3D-печати - она ​​используется из-за ее теплопроводности и электропроводности, а не из-за ее механических свойств. Металлическая 3D-печать позволяет инженерам создавать геометрически оптимизированные медные детали, такие как радиаторы, сварочные рукава и шины, с гораздо меньшими затратами. Сегодня существует всего несколько систем, способных печатать любую версию меди. Медь может быть напечатана в чистом виде или, чаще, в ее легированной форме.

Положительные атрибуты:

• Электропроводящий
• теплопроводящий
• Устойчивость к коррозии
• Пластичный

Чистая медь
Чистая медь имеет лучшую теплопроводность и электрическую проводимость среди всех медных сплавов,
что делает ее предпочтительным вариантом. Однако из-за своей высокой проводимости и высокого лазерного
отражения медь несовместима со стандартными лазерными системами. Чистая
медь доступна только на машинах для экструзии связанного порошка.

Легированная медь
Легированная медь обычно содержит 1-2% легирующих элементов, что позволяет
печатать на ней на некоторых машинах для порошковой наплавки. Эти сплавы, хотя и относительно
проводящие, уступают чистой меди. Примером легированной
меди, пригодной для печати, является C18150 . , сплав с хромом и цинком.

Алюминий

Алюминий, хотя и используется в некоторых металлических 3D-принтерах, гораздо меньше используется в 3D-печати, чем в традиционных производственных процессах. Его дефицит в 3D-печати металлических деталей объясняется двумя факторами:низкой возможностью печати и относительно низкими затратами при традиционном производстве. В результате потенциальная окупаемость инвестиций для 3D-печати металлических деталей с использованием алюминия или цена металлического 3D-принтера не всегда в пользу печати. Наиболее распространенные алюминиевые сплавы, такие как 6061 и 7075, не печатаются. Вместо этого машины для порошковой наплавки, которые печатают алюминий, обычно печатают более мягкий алюминий для литья под давлением. Эти литейные сплавы содержат до 12% кремния по весу и обладают худшими механическими свойствами.

Положительные атрибуты:

• Малый вес
• Прочный
• Пластичный

Альтернативы алюминию в 3D-печати

Поскольку стоимость печати относительно невысока, неясно, когда она станет обычным явлением в 3D-печати. До тех пор титан и сталь обеспечивают схожее соотношение прочности к весу при печати с заполнением с открытыми ячейками, в то время как непрерывные композитные 3D-принтеры могут производить детали из прочного алюминия за небольшую часть стоимости.

Организации, заинтересованные в 3D-печати алюминиевых деталей, должны рассмотреть возможность аддитивного производства с 3D-печатью Markforged Carbon Fiber, которая может создавать детали с прочностью, эквивалентной алюминию 6061-T6, при этом предлагая улучшенные свойства материала, такие как жесткость, ударопрочность, термостойкость и долговечность. Кроме того, по сравнению с алюминием 6061 производство армированного углеродного волокна обеспечивает значительно улучшенное соотношение прочности к весу, что может иметь решающее значение для некоторых высокопроизводительных приложений в таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная.

Бесплатные ресурсы для 3D-печати из металла

• Основы 3D-печати на металле
• Электронная книга:приложения Metal FFF и примеры корпусов
• Всеобъемлющее руководство по металлической FFF