5 Metallmaterialien für den 3D-Druck

In diesem Artikel werden 5 Metallpulver für den Metall-3D-Druck vorgestellt. Sie sind Aluminiumlegierungen , Magnesiumlegierungen , Edelstahl , Hochtemperaturlegierungen und Titanlegierungen .

Was ist 3D-Drucktechnologie?

3D-Druck ist eine Art Rapid Prototyping Technologie, die eine Technologie ist, die Rohstoffe verwendet, um Schicht für Schicht zu stapeln, um die Herstellung von dreidimensionalen festen Modellen zu vervollständigen. Es basiert auf digitalen Modelldateien und verwendet verbindbare Materialien (wie Kunststoff oder Metallpulver usw.), um dreidimensionale Objekte durch Schicht-für-Schicht-Druck zu konstruieren.

Die Anwendungen der 3D-Drucktechnologie

Beim 3D-Druck werden im Allgemeinen Materialdrucker mit digitaler Technologie verwendet. Es wird zur Herstellung von Modellen in den Bereichen Formenbau, Industriedesign usw. verwendet. Mit der Entwicklung und Reife der Technologie wurde sie nach und nach bei der direkten Herstellung einiger Produkte oder Komponenten eingesetzt. Die 3D-Drucktechnologie spielt bereits eine Rolle in den Bereichen Schuhe, Industriedesign, Schmuck, Medizin, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Bildung, Architektur, Bauwesen und vielen anderen.

Über den 3D-Metalldruck

Der Metall-3D-Druck galt in den letzten Jahren als die Hauptentwicklungsrichtung der zukünftigen Fertigungsindustrie, und seine Entwicklungsgeschwindigkeit hat die des Nichtmetall-3D-Drucks bei weitem übertroffen. Als Materialbasis des Metalldrucks sind Metallpulvermaterialien auch ein wichtiger Durchbruch in der Entwicklung der 3D-Drucktechnologie. Für die Erforschung der Arten von Metallpulvermaterialien gibt es derzeit fünf Metallpulvermaterialien:Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung, Superlegierung und Edelstahl.

1. Titanlegierung

Titanlegierungen haben die Vorteile hoher Festigkeit, hoher thermischer Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit, guter Leistung bei niedrigen Temperaturen und hoher chemischer Aktivität und werden häufig in Sportgeräten, der chemischen Industrie, der Nuklearindustrie, medizinischen Geräten, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen eingesetzt . Gegenwärtig haben viele Länder die Bedeutung von Titanlegierungsmaterialien erkannt.

Titanlegierung ist ein neues wichtiges Strukturmaterial, das in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet wird. Titanlegierungen werden hauptsächlich zur Herstellung von Kompressorkomponenten für Flugzeugtriebwerke verwendet, gefolgt von Raketen, Flugkörpern und Strukturteilen für Hochgeschwindigkeitsflugzeuge.

Titanlegierungsteile, die durch traditionelle Schmiede- und Gießtechniken hergestellt wurden, wurden in Hightech-Bereichen weit verbreitet verwendet.

Beim Schneidvorgang ist der Verformungskoeffizient der Titanlegierung klein, die Schneidtemperatur hoch, das Werkzeug leicht zu tragen und die Schneidkraft pro Flächeneinheit groß. Verbunden mit der schlechten Verschleißfestigkeit und der schlechten Prozessleistung von Titanlegierungen ist die maschinelle Bearbeitung von Titanlegierungen sehr schwierig und das Herstellungsverfahren kompliziert. Und Titanlegierungen absorbieren während der Warmumformung sehr leicht Verunreinigungen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff.

Wenn die traditionellen Schmiede- und Gießverfahren verwendet werden, um Titanlegierungsteile herzustellen, sind daher die Kosten hoch, die Materialausnutzungsrate gering, die Verarbeitung schwierig und der Produktionsprozess kompliziert. Aufgrund dieser Schwierigkeiten wurde die weit verbreitete Anwendung von Titanlegierungen behindert.

Mit der Entwicklung der Gesellschaft kann der Einsatz der Metall-3D-Drucktechnologie die oben genannten Probleme lösen, sodass die 3D-Technologie in den letzten Jahren zu einer neuen Technologie für die direkte Herstellung von Teilen aus Titanlegierung geworden ist.

2. Aluminiumlegierung

Aluminiumlegierungen haben hervorragende physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften, wie z. B. hohe spezifische Festigkeit, geringes Gewicht, gute Fließfähigkeit, starke Formfüllfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, niedrigen Schmelzpunkt, gute Gießeigenschaften und plastische Verarbeitbarkeit. Es ist weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrtsindustrie, der chemischen Industrie, der Metallverpackung, dem Bauwesen, der Elektromechanik und der Industrie des täglichen Bedarfs.

Beim selektiven Laserschmelzen erschweren jedoch die Eigenschaften der Aluminiumlegierung selbst die Herstellung. Derzeit gibt es beim selektiven Laserschmelzen noch Probleme wie Oxidation, Eigenspannungen, Porendefekte und Dichte in der Aluminiumlegierung.

3. Magnesiumlegierung

Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch geringe Dichte, gute Wärmeableitung, hohe Festigkeit, großen Elastizitätsmodul, gute Stoßdämpfung, größere Stoßbelastbarkeit als Aluminiumlegierungen und gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber organischen Stoffen und Laugen aus. Hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, im Transportwesen, in der chemischen Industrie, in Raketen und anderen Bereichen eingesetzt. Darüber hinaus haben Magnesiumlegierungen in vielen Anwendungsbereichen das Potenzial, Stahl- und Aluminiumlegierungen zu ersetzen.

Beim selektiven Laserschmelzen hat das Formen von Magnesiumlegierungen eine höhere Härte und Festigkeit als das Gießen.

4. Edelstahl

Aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl selbst kann Edelstahl seine hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen beibehalten. Darüber hinaus hat das Pulver eine gute Formbarkeit, ein einfaches Herstellungsverfahren und niedrige Kosten. Daher ist im Bereich des 3D-Drucks auch Edelstahl weit verbreitet.

Derzeit konzentriert sich die Forschung zum selektiven Laserschmelzen von Edelstahl hauptsächlich auf die Erhöhung der Festigkeit und die Verringerung der Porosität.

5. Hochtemperaturlegierungen

Hochtemperaturlegierungen bezeichnen eine Klasse metallischer Werkstoffe auf der Basis von Eisen, Nickel und Kobalt, die bei hohen Temperaturen über 600 °C und unter bestimmten Belastungen lange arbeiten können. Es hat eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit und Heißkorrosionsbeständigkeit, gute Ermüdungseigenschaften, Bruchzähigkeit und andere Eigenschaften. Wird hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, Energie usw. verwendet.

Die bearbeitete Oberflächenintegrität von Hochtemperaturlegierungen spielt eine sehr wichtige Rolle für ihre Leistung. Hochtemperaturlegierungen sind jedoch typische schwer zu bearbeitende Materialien, und während des Bearbeitungsprozesses treten häufig Probleme wie eine geringe bearbeitete Oberflächenqualität und schwerwiegender Werkzeugbruch auf. Dies liegt an der hohen Härte des mikroverstärkten Artikels, der starken Kaltverfestigung, der hohen Scherspannungsfestigkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit sowie den hohen Schnittkräften und Schnitttemperaturen im Schnittbereich.

Mit der Entwicklung der Gesellschaft ist die 3D-Drucktechnologie zu einer neuen Methode geworden, um den technischen Engpass beim Formen von Hochtemperaturlegierungen zu lösen.

Schlussfolgerung

Die Metallpulver-3D-Drucktechnologie hat bestimmte Ergebnisse erzielt, aber die Einschränkungen der Druckmaterialien werden die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie beeinflussen. Obwohl viele Arten von Metallmaterialien für den 3D-Druck heute für den industriellen Einsatz geeignet sind, können nur spezielle Metallpulvermaterialien die Produktionsanforderungen erfüllen.

In Bezug auf die Entwicklung von 3D-Druckmetallmaterialien ist es auch notwendig, die Forschung zum Zusammenhang zwischen Materialstruktur und -eigenschaften auf der Grundlage bestehender Materialien zu stärken, Prozessparameter entsprechend den Materialeigenschaften zu optimieren, die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen und Porosität und Sauerstoff zu reduzieren Inhalt und verbessern die Oberflächenqualität. Gleichzeitig müssen neue Materialien entwickelt werden, um sie für den 3D-Druck geeignet zu machen.