Top 5 Metallpulver für fortschrittlichen 3D-Druck

Dieser Artikel stellt 5 Metallpulver für den Metall-3D-Druck vor. Es sind Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Edelstahl, Hochtemperaturlegierungen und Titanlegierungen.

Was ist 3D-Drucktechnologie?

3D-Druck ist eine Art Rapid-Prototyping-Technologie, die Rohstoffe schichtweise aufbaut, um die Herstellung dreidimensionaler Festkörpermodelle abzuschließen. Sie basiert auf digitalen Modelldateien und verwendet bindbare Materialien (wie Kunststoff oder pulverförmiges Metall usw.), um dreidimensionale Objekte durch schichtweises Drucken zu konstruieren.

Anwendungen der 3D-Drucktechnologie

3D-Druck verwendet im Allgemeinen digitale Technologiematerialdrucker. Er wird zur Modellherstellung in den Bereichen Formenbau, Industriedesign usw. eingesetzt. Mit der Entwicklung und Reife der Technologie wurde er allmählich in die direkte Herstellung einiger Produkte oder Komponenten eingesetzt. 3D-Drucktechnologie spielt bereits eine Rolle in Schuhen, Industriedesign, Schmuck, Medizin, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Bildung, Architektur, Bauingenieurwesen und vielen anderen Bereichen.

Über Metall-3D-Druck

In den letzten Jahren wird Metall-3D-Druck als Hauptentwicklungsrichtung der zukünftigen Fertigungsindustrie angesehen, und seine Entwicklungsgeschwindigkeit hat die von Nichtmetall-3D-Druck weit übertroffen. Als Materialbasis des Metalldrucks sind Metallpulvermaterialien auch ein wichtiger Durchbruchspunkt bei der Entwicklung der 3D-Drucktechnologie. Für die Forschung zu den Arten von Metallpulvermaterialien gibt es derzeit fünf Metallpulvermaterialien: Titanlegierung, Aluminiumlegierung, Magnesiumlegierung, Superlegierung und Edelstahl.

1. Titanlegierung

Titanlegierungen weisen Vorteile wie hohe Festigkeit, hohe Warmfestigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Tieftemperatureigenschaften und hohe chemische Aktivität auf und werden breit in Sportgeräten, chemischer Industrie, Nuklearindustrie, medizinischen Geräten, Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen eingesetzt. Derzeit haben viele Länder die Bedeutung von Titanlegierungsmaterialien erkannt.

Titanlegierung ist ein neues wichtiges Strukturmaterial in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Titanlegierung wird hauptsächlich zur Herstellung von Flugzeugtriebwerkskompressorkomponenten verwendet, gefolgt von Raketen, Raketen und Hochgeschwindigkeitsflugzeugstrukturteilen.

Titanlegierungsteile, die mit traditionellen Schmiede- und Gusstechniken hergestellt wurden, wurden in Hochtechnologiefeldern breit eingesetzt.

Im Schneidprozess ist der Verformungskoeffizient der Titanlegierung klein, die Schneidetemperatur hoch, das Werkzeug verschleißt leicht, und die Schneidkraft pro Flächeneinheit ist groß. Gepaart mit der schlechten Verschleißfestigkeit und schlechten Verarbeitbarkeit von Titanlegierungen ist die Bearbeitung von Titanlegierungen sehr schwierig, und der Produktionsprozess ist kompliziert. Und Titanlegierungen nehmen während der Warmumformung sehr leicht Verunreinigungen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff auf.

Daher sind bei Verwendung traditioneller Schmiede- und Gussverfahren zur Herstellung von Titanlegierungsteilen die Kosten hoch, die Materialausnutzung niedrig, die Bearbeitung schwierig und der Produktionsprozess kompliziert. Aufgrund dieser Schwierigkeiten wurde die breite Anwendung von Titanlegierungen behindert.

Mit der gesellschaftlichen Entwicklung kann die Verwendung 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 Titanlegierungsteilen geworden ist.

2. Aluminiumlegierung

Aluminiumlegierungen weisen ausgezeichnete physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften auf, wie hohe spezifische Festigkeit, Leichtgewicht, gute Fließfähigkeit, starke Formfüllfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, niedrigen Schmelzpunkt, gute Gießeigenschaften und plastische Verarbeitbarkeit. Sie werden breit in Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt, chemischer Industrie, Metallverpackung, Bauwesen, Elektromechanik und Haushaltswarenindustrie eingesetzt.

Jedoch machen die Eigenschaften der Aluminiumlegierung selbst das selektive Laserschmelzen schwieriger. Derzeit gibt es im selektiven Laserschmelzen noch Probleme wie Oxidation, Eigenspannungen, Porendefekte und Dichte bei 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 gegen Organika und Laugen aus. Hauptsächlich eingesetzt in Luftfahrt, Raumfahrt, Transport, chemischer Industrie, Raketen und anderen Bereichen. Zudem haben Magnesiumlegierungen in vielen Anwendungsbereichen das Potenzial, Stahl und Aluminiumlegierungen zu ersetzen.

Beim selektiven Laserschmelzen weisen geformte Magnesiumlegierungen höhere Härte und Festigkeit als Guss auf.

4. Edelstahl

Aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl selbst kann Edelstahl auch bei hohen Temperaturen seine ausgezeichneten physikalischen und mechanischen Eigenschaften beibehalten. Zudem hat das Pulver gute Formbarkeit, einen einfachen Herstellungsprozess und niedrige Kosten. Daher wird Edelstahl im Bereich 3D-Druck auch breit eingesetzt.

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

5. Hochtemperaturlegierungen

Hochtemperaturlegierungen beziehen sich auf eine Klasse von Metallmaterialien auf Basis von Eisen, Nickel und Kobalt, die lange Zeit bei hohen Temperaturen über 600 °C und unter bestimmten Spannungen arbeiten können. Sie weisen ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit, gute Oxidationsbeständigkeit und Heißkorrosionsbeständigkeit, gute Ermüdungseigenschaften, Bruchzähigkeit und andere Eigenschaften auf. Hauptsächlich eingesetzt in Luft- und Raumfahrt, Energie usw.

Die bearbeitete Oberflächenintegrität von Hochtemperaturlegierungen spielt eine sehr wichtige Rolle für ihre Leistung. Allerdings sind Hochtemperaturlegierungen typische schwer zerspanbare Materialien, und während des Zerspanungsprozesses treten häufig Probleme wie geringe bearbeitete Oberflächenqualität und starker Werkzeugbruch auf. Dies liegt an der hohen Härte des mikrofestigten Bestandteils, starker Arbeitsverfestigung, hoher Scherfestigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit sowie hohen Schnittkräften und Schnittemperaturen im Schneidbereich.

Mit der gesellschaftlichen Entwicklung ist die 3D-Drucktechnologie zu einer neuen Methode geworden, um den technischen Engpass bei der Formgebung von Hochtemperaturlegierungen zu lösen.

Fazit

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

In Bezug auf die Entwicklung von 3D-Druck-Metallmaterialien ist es auch notwendig, die Forschung zum Verhältnis zwischen Materialstruktur und -eigenschaften auf Basis bestehender Materialien zu stärken, Prozessparameter gemäß den Materialeigenschaften zu optimieren, Druckgeschwindigkeit zu erhöhen und Porosität und Sauerstoffgehalt zu reduzieren, und Oberflächenqualität zu verbessern. Gleichzeitig müssen neue Materialien entwickelt werden, um sie für den 3D-Druck geeignet zu machen.