Prelomový kovový 3D tlačový materiál je základom vývoja
Kovové 3D tlačové materiály sú dôležitým materiálovým základom pre vývoj technológie kovovej 3D tlače. O tom, či sa dá 3D tlač uplatniť vo väčšom rozsahu, do istej miery rozhoduje aj vývoj materiálov. V súčasnosti medzi kovové materiály na 3D tlač patria najmä technické plasty, fotosenzitívne živice, gumené materiály, kovové materiály a keramické materiály. pole bolo použité. Tieto suroviny používané v kovovej 3D tlači sú špeciálne vyvinuté pre kovové 3D tlačové zariadenia a procesy, ktoré sa líšia od bežných plastov, sadry, živíc atď., a ich formy sú vo všeobecnosti práškové, vláknité, lamelárne a tekuté. počkaj. Zvyčajne, v závislosti od typu tlačového zariadenia a prevádzkových podmienok, sa veľkosť častíc použitých práškových kovových materiálov na 3D tlač pohybuje od 1 do 100 μm, a aby sa zachovala dobrá tekutosť prášku, vo všeobecnosti sa vyžaduje, aby mal prášok vysoký stupeň sférickosti. .
Výskum, vývoj a prelomové technológie kovovej 3D tlače sú základom propagácie a aplikácie technológie kovovej 3D tlače a tiež základnou zárukou spokojnej tlače. Jedným z nich je posilniť výskum a vývoj materiálov a vytvoriť kompletný systém tlačových materiálov. V posledných rokoch sa rýchlo rozvíjali kovové materiály na 3D tlač. V roku 2013 sa tlač kovových materiálov zvýšila o 28 percent a v roku 2014 dosiahla viac ako 30 percent, čo predstavuje približne 12 percent kovových materiálov na 3D tlač. Kovové materiály sú najmä titán, hliník, oceľ a nikel. Zliatiny titánu, vysokoteplotné zliatiny, nehrdzavejúca oceľ, zápustková oceľ, vysokopevnostná oceľ, legovaná oceľ a hliníkové zliatiny sa môžu použiť ako tlačové materiály a sú široko používané pri výrobe a opravách zariadení a renovácii. V súčasnosti však neexistuje systém kovových 3D tlačových materiálov a existujúce materiály ani zďaleka nespĺňajú potreby kovovej 3D tlače.
Materiály používané na laserové stereoformovanie sú hlavne kovové inertné materiály a ďalším krokom je vyskúšať iné aktívne kovové tlačové materiály. Kovové prášky tradične používané v práškovej metalurgii nedokážu plne vyhovieť požiadavkám 3D tlače a v súčasnosti je málo druhov kovových materiálov použiteľných na tlač a cena je pomerne vysoká. Existuje niekoľko zahraničných spoločností, ktoré sa špecializujú na kovový prášok pre 3D tlač, ako napríklad Sulzer Metco v Spojených štátoch a Sandvik vo Švédsku, ale môžu poskytnúť len niekoľko bežných kovových práškov. Domáci materiálový výskum a vývoj pomerne zaostáva a tlačový prášok je príliš drahý. Pretože cyklus materiálového výskumu a vývoja je dlhý a výskum a vývoj je náročnejší ako u zariadení, podniky sa zdráhajú vykonávať materiálový výskum a vývoj z maximalizácie záujmov. Huanghe Cyclone Co., Ltd. je jedným z mála domácich podnikov zaoberajúcich sa výrobou diamantového mikroprášku a mikroprášku CBN. Univerzitný výskum sa tiež zaujíma o zariadenia a softvér na 3D tlač, takže tlačové materiály do značnej miery obmedzujú vývoj a aplikáciu technológie 3D tlače kovov.
Kovové prášky
Kovové prášky používané v 3D tlači vo všeobecnosti vyžadujú vysokú čistotu, dobrú sférickosť, úzku distribúciu veľkosti častíc a nízky obsah kyslíka. V súčasnosti medzi kovové práškové materiály používané v 3D tlači patria okrem zlata, striebra a iných práškových materiálov z drahých kovov používaných na tlač šperkov najmä zliatiny titánu, zliatiny kobaltu a chrómu, nehrdzavejúca oceľ a materiály z hliníkových zliatin. Kovový prášok 3D tlače, ako najdôležitejší článok v reťazci kovových dielov v odvetví 3D tlače, je tiež miestom, kde leží najväčšia hodnota.
Na „World 3D Printing Technology Industry Conference 2013“ autoritatívni odborníci vo svetovom priemysle 3D tlače jasne definovali 3D tlačový kovový prášok, ktorý sa vzťahuje na skupinu kovových častíc, ktorých veľkosť je menšia ako 1 mm. Vrátane prášku jedného kovu, prášku zliatiny a prášku niektorých žiaruvzdorných zlúčenín s kovovými vlastnosťami. V súčasnosti medzi materiály kovového prášku pre 3D tlač patrí zliatina kobaltu a chrómu, nehrdzavejúca oceľ, priemyselná oceľ, zliatina bronzu, zliatina titánu a zliatina hliníka niklu, atď. veľkosť častíc prášku, úzka distribúcia veľkosti častíc, vysoká sféricita, dobrá tekutosť a vysoká objemová hustota.
3D tlač z titánovej zliatiny
Titánová zliatina má výhody vysokej teplotnej odolnosti, vysokej odolnosti proti korózii, vysokej pevnosti, nízkej hustoty a biokompatibility a je široko používaná v leteckom a kozmickom priemysle, chemickom priemysle, jadrovom priemysle, športovom vybavení a zdravotníckom zariadení a ďalších oblastiach. Diely zo zliatiny titánu pripravené tradičnými technikami kovania a odlievania sa široko používajú v oblastiach špičkových technológií. Množstvo titánu použitého v lietadle Boeing 747 dosahuje 42,7 t. Výroba veľkých dielov zo zliatiny titánu tradičnými metódami kovania a odlievania však bránila jej širšiemu uplatneniu v dôsledku nepriaznivých faktorov, akými sú vysoká cena produktu, komplikovaný proces, nízka miera využitia materiálu a náročné následné spracovanie. Technológia kovovej 3D tlače dokáže tieto problémy zásadne vyriešiť, preto sa táto technológia v posledných rokoch stala novou technológiou na priamu výrobu dielov zo zliatiny titánu. Vývoj nových zliatin na báze titánu je hlavným smerom aplikačného výskumu titánovej zliatiny SLM. V dôsledku nízkeho indexu deformačného spevnenia titánu a titánových zliatin (približne 0.15) je odolnosť proti plastickej šmykovej deformácii a odolnosť proti opotrebovaniu nízka, čo obmedzuje použitie jeho častí pri vysokej teplote a v podmienkach korózneho opotrebovania.
3D tlač z nehrdzavejúcej ocele
Nerezová oceľ sa vyznačuje chemickou odolnosťou proti korózii, vysokou teplotnou odolnosťou a dobrými mechanickými vlastnosťami. Vďaka dobrej tvarovateľnosti prášku, jednoduchému procesu prípravy a nízkym nákladom je to prvý materiál používaný v 3D tlači na kov. Napríklad Huazhong University of Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Northeastern University a ďalšie inštitúcie vykonali hĺbkový výskum kovovej 3D tlače. Súčasný výskum je zameraný najmä na znižovanie pórovitosti, zvyšovanie pevnosti a mechanizmus sféroidizácie kovového prášku v procese tavenia. Li Ruidi a kol. použili rôzne parametre procesu na vykonanie testov tvarovania SLM na prášku z nehrdzavejúcej ocele 304L, získali empirický vzorec pre hustotu nehrdzavejúcej ocele 304L a zhrnuli mechanizmus rastu zŕn.
3D tlač superzliatin
Superzliatiny označujú triedu kovových materiálov na báze železa, niklu a kobaltu, ktoré môžu pracovať dlhú dobu pri vysokých teplotách nad 600 stupňov a pri určitých stresových prostrediach. Má vysokú pevnosť pri vysokej teplote, dobrú tepelnú koróziu a odolnosť proti oxidácii a dobrú plasticitu a húževnatosť. V súčasnosti ju možno podľa typu matrice zliatiny rozdeliť zhruba na tri typy: zliatiny na báze železa, niklu a zliatiny na báze kobaltu. Vysokoteplotné zliatiny sa používajú hlavne vo vysokovýkonných motoroch. V moderných vyspelých leteckých motoroch predstavuje množstvo vysokoteplotných zliatinových materiálov 40 až 60 percent celkovej hmotnosti motora. Vývoj moderných vysokovýkonných leteckých motorov má stále vyššie požiadavky na prevádzkovú teplotu a výkon superzliatin. Tradičný proces metalurgie ingotov má pomalú rýchlosť chladenia, silnú segregáciu určitých prvkov a druhých fáz v ingote, zlú spracovateľnosť za tepla, nerovnomernú štruktúru a nestabilný výkon. Technológia 3D tlače kovov sa stala novou metódou riešenia technických prekážok pri tvarovaní superzliatin. NASA tvrdila, že v teste vznietenia pri vysokej teplote, ktorý sa uskutočnil 22. augusta 2014, tryska raketového motora vyrobená technológiou kovovej 3D tlače vyprodukovala rekordný ťah 9t.
3D tlač z hliníkovej zliatiny
Ako najľahšia konštrukčná zliatina má hliníková zliatina možnosť nahradiť oceľ a hliníkovú zliatinu v mnohých oblastiach použitia vďaka svojej špeciálnej vysokej pevnosti a tlmiacim vlastnostiam. Napríklad ľahké použitie hliníkových zliatin v automobilových a leteckých komponentoch môže znížiť spotrebu paliva a výfukové emisie. Hliníková zliatina má odbúrateľnosť in situ, nízky Youngov modul, pevnosť blízku ľudskej kosti, vynikajúcu biokompatibilitu a má viac vyhliadok na použitie ako tradičné zliatiny pri chirurgickej implantácii.
Od vzniku technológie 3D tlače kovov v 990 rokoch sa tlač polymérnych materiálov postupne zamerala na tlač kovových práškov a vyvinulo sa veľké množstvo nových technológií, nových zariadení a nových materiálov. aplikovaný. V súčasnosti tempo inovácií informačných technológií stále napreduje a priemyselná výroba vstupuje do novej etapy inteligencie a digitalizácie. V roku 2014 Nemecko navrhlo plán rozvoja „Industry 4.0“, ktorý určite spôsobí prevratné zmeny a inovácie v priemyselnej oblasti a technológia 3D tlače bude silným ťahúňom pre rozvoj priemyselnej inteligencie. Technológia 3D tlače s kovovým práškom dosiahla určité výsledky, ale materiálne úzke miesto nevyhnutne ovplyvní propagáciu technológie 3D tlače a technológia 3D tlače kladie vyššie požiadavky na materiály. Existuje mnoho druhov kovových materiálov vhodných pre priemyselnú 3D tlač, ale len špeciálne práškové materiály dokážu splniť požiadavky priemyselnej výroby.
Budúci smer vývoja 3D tlače kovových materiálov má hlavne tri aspekty:
Jedným z nich je, ako posilniť výskum vzťahu medzi štruktúrou materiálu a vlastnosťami na základe existujúcich materiálov, ďalej optimalizovať parametre procesu podľa vlastností materiálov, zvýšiť rýchlosť tlače, znížiť pórovitosť a obsah kyslíka a zlepšiť kvalitu povrchu;
Druhým je vývoj nových materiálov, aby boli vhodné pre kovovú 3D tlač, ako je vývoj nových materiálov s vynikajúcou odolnosťou proti korózii, vysokou teplotnou odolnosťou a komplexnými mechanickými vlastnosťami;
Treťou je revízia a zlepšenie systému technických noriem 3D tlače kovových práškových materiálov s cieľom realizovať inštitucionalizáciu a normalizáciu technických noriem tlače kovových materiálov.