Топ-5 металлических порошков для передовой 3D-печати

Статья представляет 5 металлических порошков для металлической 3D-печати: алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, нержавеющая сталь, жаропрочные сплавы, титановые сплавы.

Что такое технология 3D-печати?

3D-печать — вид быстрого прототипирования, технология построения трехмерных твердых моделей слой-за-слоем из сырья. Основана на цифровых моделях и использует связывающие материалы (пластик, металлический порошок) для по слоестой печати 3D-объектов.

Применение 3D-печати

Обычно используют цифровые материальные принтеры. Делают модели в формообразовании, промышленном дизайне. С развитием и зрелостью технологий постепенно применяют для прямого производства некоторых изделий или компонентов. 3D-печать уже играет роль в обуви, промышленном дизайне, ювелирке, медицине, автопроме, авиации, образовании, архитектуре, гражданском строительстве и др.

О металлической 3D-печати

В последние годы металлическая 3D-печать считается главным направлением будущего производства, скорость развития далеко превосходит неметаллическую. Как материальная база, металлические порошки — важная точка прорыва. В исследовании типов металлических порошков сейчас выделяют пять: титановый сплав, алюминиевый сплав, магниевый сплав, жаропрочный сплав, нержавеющая сталь.

1. Титановый сплав

Преимущества: высокая прочность, высокая тепловая прочность, хорошая коррозионная стойкость, хорошие низкотемпературные свойства, высокая химическая активность. Широко в спортивном инвентаре, химии, ядерной отрасли, медтехнике, авиации. Многие страны осознали важность титановых сплавов.

Титановый сплав — важный новый структурный материал авиации. Основное применение — компоненты компрессоров авиадвигателей, затем ракеты, ракеты, структурные детали высокоскоростных летательных аппаратов.

Детали из титановых сплавов традиционными методами (ковка, литье) широко используются в высокотехнологичных сферах.

При резании: малый коэффициент деформации, высокая температура резания, быстрый износ инструмента, большая удельная сила резания. Плохая износостойкость и технологичность — обработка очень сложна, процесс сложен. При горячей обработке легко всасывают примеси (H, O, N, C).

Поэтому традиционные методы дают высокую стоимость, низкий коэффициент использования материала, сложную обработку, сложный процесс. Эти трудности сдерживали широкое применение титановых сплавов.

С развитием общества металлическая 3D-печать решает эти проблемы, став в последние годы новой технологией прямого производства титановых деталей.

2. Алюминиевый сплав

Отличные физико-химические и механические свойства: высокая удельная прочность, легковесность, хорошая текучесть, сильная способность заполнения формы, хорошая коррозионная стойкость, низкая температура плавления, хорошие литейные свойства, пластическая обрабатываемость. Широко в авиации, судостроении, химии, металлической упаковке, строительстве, электромеханике, бытовых изделиях.

Однако при селективном лазерном плавлении свойства самого сплава затрудняют производство. Сейчас остаются проблемы: окисление, остаточные напряжения, пористость, плотность.

3. Магниевый сплав

Характеристики: низкая плотность, хорошее теплоотведение, высокая прочность, большой модуль упругости, хорошая демпфирующая способность, большая устойчивость к удару чем алюминиевые сплавы, хорошая коррозионная стойкость к органике и щелочам. Основное применение: авиация, космос, транспорт, химия, ракеты. Во многих сферах магниевые сплавы могут заменить сталь и алюминий.

При селективном лазерном плавлении магниевые сплавы дают более высокую твердость и прочность, чем литье.

4. Нержавеющая сталь

Благодаря хорошей коррозионной стойкости сохраняет отличные физико-механические свойства при высоких температурах. Порошок имеет хорошую формуемость, простой процесс приготовления, низкую стоимость. Поэтому в 3D-печати широко используется.

Сейчас исследования селективного лазерного плавления нержавейки фокусируются на повышении прочности и снижении пористости.

5. Жаропрочные сплавы

Класс металлических материалов на базе железа, никеля, кобальта, способных долго работать при >600 °C под нагрузкой. Отличная высокотемпературная прочность, хорошая окислительная и горячая коррозионная стойкость, усталостная прочность, вязкость при разрушении. Применение: авиация, энергетика.

Целостность обрабатываемой поверхности жаропрочных сплавов критична для их свойств. Но это типичные труднообрабатываемые материалы: низкое качество обрабатываемой поверхности, сильный лом инструмента. Причины: высокая твердость микропрочняющих частиц, сильное самоупрочнение, высокое сопротивление сдвигу, низкая теплопроводность, высокие силы и температуры резания.

С развитием общества 3D-печать стала новым методом преодоления технологического узкого горла в формообразовании жаропрочных сплавов.

Заключение

Металлический порошковый 3D-печать достигла определенных результатов, но ограничения материалов сдерживают развитие. Хотя многие типы металлов для 3D-печати подходят для промышленности, только специализированные металлические порошки удовлетворяют производственным требованиям.

Для развития металлических материалов 3D-печати нужно усилить исследования связи структуры и свойств на базе существующих материалов, оптимизировать параметры процесса по свойствам материалов, увеличивать скорость печати, снижать пористость и кислород, улучшать качество поверхности. Одновременно разрабатывать новые материалы, пригодные для 3D-печати.