提到3D打印技術,相信模材學院的朋友們都不會陌生。我們平時在媒體上看到的3D打印或者增材制造,一般都是在指代同一種技術。這項技術以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體。
金屬3D打印材料可應用在哪些領域?
金屬3D打印材料的應用領域相當廣泛,例如,石化工程應用、航空航天、汽車制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。
但是,因為金屬3D打印材料本身的材料屬性,其都有特定的應用領域范圍,因此,金屬3D打印材料選擇的過程是一個權衡多個因素的過程。而且,3D打印金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的參數來衡定,每種金屬材料都有適合自身特性的極限點,包括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素。
金屬3D打印材料有哪些呢?
現今,國內外金屬3D打印機采用的金屬粉末一般有:
工具鋼、馬氏體鋼、不銹鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。
【工具鋼和馬氏體鋼】
以工具鋼和馬氏體鋼為例,工具鋼的適用性來源于其優異的硬度、耐磨性和抗形變能力,以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中一種,能夠承受不確定時間的工藝條件;馬氏體鋼,以馬氏體300為例,又稱“馬氏體時效”鋼,在時效過程中的高強度、韌性和尺寸穩定性都是眾所周知的。他們與其他鋼不同,因為他們是不含碳的,屬于金屬間化合物,通過豐富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由于高硬度和耐磨性,馬氏體300才適用于許多模具的應用,例如,注塑模具、輕金屬合金鑄造、沖壓和擠壓等,同時,其也廣泛應用于航空航天、高強度機身部件和賽車零部件。
【不銹鋼】
不銹鋼與碳鋼不同,目前的鉻含量不同,10.5%鉻含量最低的鋼合金,不銹鋼不容易生銹腐蝕。目前,應用于金屬3D打印的不銹鋼主要有三種:奧氏體不銹鋼316L、馬氏體不銹鋼15-5PH、馬氏體不銹鋼17-4PH。
奧氏體不銹鋼316L,具有高強度和耐腐蝕性,可在很寬的溫度范圍下降到低溫,可應用于航空航天、石化等多種工程應用,也可以用于食品加工和醫療等領域。
馬氏體不銹鋼15-5PH,又稱馬氏體時效(沉淀硬化)不銹鋼,具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性,而且可以進一步的硬化,是無鐵素體。目前,廣泛應用于航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。
馬氏體不銹鋼17-4PH,在高達315℃下仍具有高強度高韌性,而且耐腐蝕性超強,隨著激光加工狀態可以帶倆極佳的延展性。
【合金】
金屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬粉末合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。
1.純鈦及鈦合金
目前應用于市場的純鈦,又稱商業純鈦,分為1級和2級粉體,2級強于1級,對于大多數的應用同樣具有耐腐蝕性。因為純鈦2級具有良好的生物相容性,因此在醫療行業具有廣泛的應用前景。
鈦是鈦合金產業的關鍵。目前,應用于金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和鈦合金23級,因為其優異的強度和韌性,結合耐腐蝕、低比重和生物相容性,所以在航空航天和汽車制造中具有非常理想的應用,而且,因為強度高、模量低、耐疲勞性強,應用于生產生物醫學植入物。鈦合金23級,純度更高,是神級一樣的牙科和醫療鈦品級。