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盘点3D打印金属材料

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        3D打印从发明到先在,已经有20多年的历史了,最近几年才迎来一个比较高速的发展时期。世界各国政府和企业都在积极发展3D打印行业,以便推动3D打印在各个领域的市场应用,促进传统行业的升级换代。但是,3D打印产业链还不完善,有多种制约它发展的原因,其中3D打印材料的研发应用还不太成熟是一个较为关键的因素。那么,目前在3D打印材料中最受重视的金属材料,发展到了哪个阶段呢,不妨跟随新葡亰网址小编一起来了解一下。
 
什么是金属3D打印?
 
       金属3D打印是属于数字热加工的一项技术,目前制备金属的3D打印技术主要有:选区激光熔化/烧结(SLM/SLS)、电子束选区熔化(EBSM)、激光近净成形(LENS)等。与传统工艺相比,金属3D打印有直接成型,无需模具,可以实现个性化设计并制作复杂结构,高效、低消耗、低成本等优点。但是因为其是数字热加工,变形是无法消除的,变形量需要从工艺和经验上去控制,最后还要经过数控机床等技术的后期加工处理。
 
国内外做金属3D打印的企业有哪些?
 
       虽然说3D打印在国内近几年热度才升起来,但就国际而言,3D打印发展早在20世纪80年代就已经兴起了。国际范围内,美国Argen Corporation(在牙科金属材料领域尤其有实力),美国Carpenter Technology,德国Concept Laser, 英国CPM,德国EOS,意大利Legor Group,英国LPW Technology,美国Pyrogenesis(在国防领域尤其擅长),瑞典Sandvik,德国SLM Solutions等企业在各自的金属打印领域提供了一系列的行业解决方案。相比国外,国内金属3D打印材料大部分依赖进口,价格昂贵,这也促使国内致力于3D打印金属材料的企业和机构自主研发金属3D打印材料,最具代表性的可提供金属材料及服务的企业有西安铂力特、银邦股份、上海材料研究所、上海康速金属材料、鑫烯三维科技等企业。
 
金属3D打印材料的市场应用
 
       金属3D打印材料的应用领域相当广泛,例如,石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。
 
       但是,因为金属3D打印材料本身的材料属性,其都有特定的应用领域范围,因此,金属3D打印材料选择的过程是一个权衡多个因素的过程。而且,3D打印金属不能仅仅凭借金属3D打印机的参数来衡定,每种金属材料都有适合自身特性的极限点,包括应用、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性都是设计师要考虑的因素。
 
         现今,国内外金属3D打印机采用的金属粉末一般有:工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。
 
 
 
1.不锈钢
        不锈钢与碳钢不同,目前的铬含量不同,10.5%铬含量最低的钢合金,不锈钢不容易生锈腐蚀。目前,应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种:奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。
 
        奥氏体不锈钢316L,具有高强度和耐腐蚀性,可在很宽的温度范围下降到低温,可应用于航空航天、石化等多种工程应用,也可以用于食品加工和医疗等领域。
 
        马氏体不锈钢15-5PH,又称马氏体时效(沉淀硬化)不锈钢,具有很高的强度、良好的韧性、耐腐蚀性,而且可以进一步的硬化,是无铁素体。目前,广泛应用于航空航天、石化、化工、食品加工、造纸和金属加工业。
 
        马氏体不锈钢17-4PH,在高达315℃下仍具有高强度高韧性,而且耐腐蚀性超强,随着激光加工状态可以带来极佳的延展性。
 
2.工具钢和马氏体钢
        以工具钢和马氏体钢为例,工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗形变能力,以及在高温下保持切削刃的能力。模具H13热作工具钢就是其中一种,能够承受不确定时间的工艺条件;马氏体钢,以马氏体300为例,又称"马氏体时效"钢,在时效过程中的高强度、韧性和尺寸稳定性都是众所周知的。他们与其他钢不同,因为他们是不含碳的,属于金属间化合物,通过丰富的镍、钴和钼的冶金反应硬化。由于高硬度和耐磨性,马氏体300才适用于许多模具的应用,例如,注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等,同时,其也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。
3.合金
 
        金属3D打印材料应用最为广泛的金属粉末合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。
 
1)纯钛及钛合金
   目前应用于市场的纯钛,又称商业纯钛,分为1级和2级粉体,2级强于1级,对于大多数的应用同样具有耐腐蚀性。因为纯钛2级具有良好的生物相容性,因此在医疗行业具有广泛的应用前景。
 
钛是钛合金产业的关键。目前,应用于金属3D打印的钛合金主要是钛合金5级和钛合金23级,因为其优异的强度和韧性,结合耐腐蚀、低比重和生物相容性,所以在航空航天和汽车制造中具有非常理想的应用,而且,因为强度高、模量低、耐疲劳性强,应用于生产生物医学植入物。钛合金23级,纯度更高,是神级一样的牙科和医疗钛品级。
2)镍基合金
        一般情况下,镍基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能。目前,主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。
 
Inconel 738具有良好的高温蠕变断裂强度,抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金,可长期暴露于高达920-980℃的高温腐蚀性的环境中,适用于飞机发动机、燃气轮机。
 
3)铝合金
        目前,应用于金属3D打印的铝合金主要有铝硅AlSi12和AlSi10Mg两种。铝硅12,是具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末,可应用于薄壁零件如换热器或其他汽车零部件,还可应用于航空航天及航空工业级的原型及生产零部件;硅/镁组合使铝合金更具强度和硬度,使其适用于薄壁以及复杂的几何形状的零件,尤其是在具有良好的热性能和低重量场合中。
   当然除了金属3D打印材料,还有塑料3D打印材料,以后还会有其他材料,大家期待更多的3D打印材料,打造更加美丽的世界,让大家的生活越来越美好。
 
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