La svolta del materiale di stampa 3D in metallo è la base per lo sviluppo
I materiali di stampa 3D in metallo sono un'importante base materiale per lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D in metallo. In una certa misura, lo sviluppo dei materiali determina se la stampa 3D può essere utilizzata più ampiamente. Attualmente, i materiali di stampa 3D in metallo includono principalmente tecnopolimeri, resine fotosensibili, materiali in gomma, materiali metallici e materiali ceramici. campo è stato applicato. Queste materie prime utilizzate nella stampa 3D in metallo sono sviluppate appositamente per apparecchiature e processi di stampa 3D in metallo, che sono diversi dalle normali plastiche, gesso, resine, ecc. E le loro forme sono generalmente polverose, filamentose, lamellari e liquide. Aspettare. Di solito, a seconda del tipo di apparecchiatura di stampa e delle condizioni operative, la dimensione delle particelle dei materiali di stampa 3D in metallo in polvere utilizzati varia da 1 a 100 μm e, per mantenere una buona fluidità della polvere, è generalmente necessario che la polvere abbia un alto grado di sfericità. .
La ricerca, lo sviluppo e l'innovazione dei materiali di stampa 3D in metallo sono la base per la promozione e l'applicazione della tecnologia di stampa 3D in metallo e anche la garanzia fondamentale per una stampa soddisfacente. Uno è rafforzare la ricerca e lo sviluppo dei materiali e formare un sistema completo di materiali di stampa. Negli ultimi anni, i materiali per la stampa 3D in metallo si sono sviluppati rapidamente. Nel 2013, la stampa di materiali metallici è aumentata del 28% e nel 2014 ha raggiunto oltre il 30%, rappresentando circa il 12% dei materiali di stampa 3D in metallo. I materiali metallici sono principalmente titanio, alluminio, acciaio e nichel. Le leghe di titanio, le leghe per alte temperature, l'acciaio inossidabile, l'acciaio per stampi, l'acciaio ad alta resistenza, l'acciaio legato e le leghe di alluminio possono essere utilizzati come materiali di stampa e sono stati ampiamente utilizzati nella produzione, riparazione e rigenerazione di apparecchiature. Tuttavia, attualmente non esiste un sistema di materiali per la stampa 3D in metallo e i materiali esistenti sono ben lungi dal soddisfare le esigenze della stampa 3D in metallo.
I materiali utilizzati per la stereoformatura laser sono principalmente materiali inerti metallici e il passo successivo è provare altri materiali per la stampa di metalli attivi. Le polveri metalliche tradizionalmente utilizzate nella metallurgia delle polveri non possono soddisfare pienamente i requisiti della stampa 3D e attualmente ci sono pochi tipi di materiali metallici che possono essere utilizzati per la stampa e il prezzo è relativamente alto. Ci sono state alcune società straniere specializzate in polvere metallica per la stampa 3D, come Sulzer Metco negli Stati Uniti e Sandvik in Svezia, ma possono fornire solo poche polveri metalliche convenzionali. La ricerca e lo sviluppo di materiali domestici è relativamente in ritardo e la polvere da stampa è troppo costosa. Poiché il ciclo di ricerca e sviluppo dei materiali è lungo e la ricerca e lo sviluppo sono più difficili di quelli delle attrezzature, le imprese sono riluttanti a condurre ricerca e sviluppo sui materiali per massimizzare gli interessi. Huanghe Cyclone Co., Ltd. è una delle poche imprese nazionali impegnate nella produzione di micropolvere di diamante e micropolvere di CBN. La ricerca universitaria è anche appassionata di apparecchiature e software per la stampa 3D, quindi i materiali di stampa limitano ampiamente lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di stampa 3D in metallo.
Polveri metalliche
Le polveri metalliche utilizzate nella stampa 3D generalmente richiedono elevata purezza, buona sfericità, distribuzione granulometrica stretta e basso contenuto di ossigeno. Attualmente, i materiali in polvere metallica utilizzati nella stampa 3D includono principalmente leghe di titanio, leghe di cobalto-cromo, acciaio inossidabile e materiali in lega di alluminio, oltre a oro, argento e altri materiali in polvere di metalli preziosi utilizzati per la stampa di gioielli. La polvere di metallo stampata in 3D, in quanto anello più importante nella catena del settore della stampa 3D di parti metalliche, è anche il luogo in cui risiede il valore maggiore.
Alla "Conferenza mondiale dell'industria della tecnologia di stampa 3D 2013", autorevoli esperti nel settore della stampa 3D mondiale hanno fornito una chiara definizione di polvere metallica per stampa 3D, che si riferisce al gruppo di particelle metalliche la cui dimensione è inferiore a 1 mm. Compresi polvere di metallo singolo, polvere di lega e polvere di composto refrattario con proprietà metalliche. Allo stato attuale, i materiali in polvere metallica per stampa 3D includono lega di cobalto-cromo, acciaio inossidabile, acciaio industriale, lega di bronzo, lega di titanio e lega di alluminio nichel, ecc. Tuttavia, oltre alla buona plasticità, la polvere metallica per stampa 3D deve anche soddisfare i requisiti di fine granulometria della polvere, distribuzione granulometrica stretta, elevata sfericità, buona fluidità e alta densità apparente.
Stampa 3D in lega di titanio
La lega di titanio presenta i vantaggi di resistenza alle alte temperature, elevata resistenza alla corrosione, elevata resistenza, bassa densità e biocompatibilità ed è stata ampiamente utilizzata nell'industria aerospaziale, chimica, nucleare, attrezzature sportive e attrezzature mediche e altri campi. Le parti in lega di titanio preparate con le tradizionali tecniche di forgiatura e fusione sono state ampiamente utilizzate nei settori high-tech. La quantità di titanio utilizzata in un aereo Boeing 747 raggiunge le 42,7 tonnellate. Tuttavia, la produzione di grandi parti in lega di titanio mediante metodi tradizionali di forgiatura e fusione ha ostacolato la sua più ampia applicazione a causa di fattori sfavorevoli come l'elevato costo del prodotto, il processo complicato, il basso tasso di utilizzo del materiale e la difficile lavorazione successiva. La tecnologia di stampa 3D in metallo può risolvere sostanzialmente questi problemi, quindi questa tecnologia è diventata una nuova tecnologia per la produzione diretta di parti in lega di titanio negli ultimi anni. Lo sviluppo di nuove leghe a base di titanio è la direzione principale della ricerca applicativa della lega di titanio SLM. A causa del basso indice di incrudimento del titanio e delle leghe di titanio (circa 0.15), la resistenza alla deformazione plastica da taglio e la resistenza all'usura sono scarse, il che limita l'uso delle sue parti in condizioni di alta temperatura e usura corrosiva.
Stampa 3D in acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile ha le caratteristiche di resistenza alla corrosione chimica, resistenza alle alte temperature e buone proprietà meccaniche. Grazie alla sua buona formabilità della polvere, al semplice processo di preparazione e al basso costo, è il primo materiale utilizzato nella stampa 3D in metallo. Ad esempio, la Huazhong University of Science and Technology, la Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, la Northeastern University e altre istituzioni hanno condotto ricerche approfondite sulla stampa 3D in metallo. L'attuale ricerca si concentra principalmente sulla riduzione della porosità, sull'aumento della forza e sul meccanismo di sferoidizzazione della polvere metallica nel processo di fusione. Li Ruidi et al. ha utilizzato diversi parametri di processo per condurre test di formatura SLM su polvere di acciaio inossidabile 304L, ha ottenuto una formula empirica per la densità dell'acciaio inossidabile 304L e ha riassunto il meccanismo di crescita del grano.
Stampa 3D di superleghe
Le superleghe si riferiscono a una classe di materiali metallici a base di ferro, nichel e cobalto che possono lavorare a lungo a temperature elevate superiori a 600 gradi e in determinati ambienti di stress. Ha un'elevata resistenza alle alte temperature, una buona resistenza alla corrosione termica e all'ossidazione e una buona plasticità e tenacità. Attualmente, in base al tipo di matrice di lega, può essere suddivisa approssimativamente in tre tipi: leghe a base di ferro, a base di nichel ea base di cobalto. Le leghe resistenti al calore sono utilizzate principalmente nei motori ad alte prestazioni. Nei moderni motori aeronautici avanzati, la quantità di materiali in lega per alte temperature rappresenta dal 40% al 60% della massa totale del motore. Lo sviluppo di moderni motori aeronautici ad alte prestazioni ha requisiti sempre più elevati sulla temperatura di servizio e sulle prestazioni delle superleghe. Il tradizionale processo metallurgico del lingotto ha una velocità di raffreddamento lenta, segregazione severa di alcuni elementi e seconde fasi nel lingotto, scarsa lavorabilità a caldo, struttura irregolare e prestazioni instabili. La tecnologia di stampa 3D in metallo è diventata un nuovo metodo per risolvere il collo di bottiglia tecnico nella formatura delle superleghe. La NASA ha affermato che nel test di accensione ad alta temperatura condotto il 22 agosto 2014, l'ugello del motore a razzo prodotto dalla tecnologia di stampa 3D in metallo ha prodotto una spinta record di 9 t.
Stampa 3D in lega di alluminio
Essendo la lega strutturale più leggera, la lega di alluminio ha la possibilità di sostituire l'acciaio e la lega di alluminio in molti campi di applicazione grazie alle sue speciali proprietà di elevata resistenza e smorzamento. Ad esempio, l'applicazione leggera di leghe di alluminio nei componenti di automobili e aeromobili può ridurre il consumo di carburante e le emissioni di gas di scarico. La lega di alluminio ha degradabilità in situ, basso modulo di Young, resistenza vicina all'osso umano, eccellente biocompatibilità e ha più prospettive di applicazione rispetto alle leghe tradizionali nell'impianto chirurgico.
Dall'emergere della tecnologia di stampa 3D in metallo negli anni '900, la stampa di materiali polimerici si è gradualmente concentrata sulla stampa di polveri metalliche e sono state sviluppate e sviluppate numerose nuove tecnologie, nuove attrezzature e nuovi materiali applicato. Al momento, il ritmo dell'innovazione della tecnologia dell'informazione continua ad avanzare e la produzione industriale sta entrando in una nuova fase di intelligenza e digitalizzazione. Nel 2014, la Germania ha proposto il piano di sviluppo "Industria 4.0", che è destinato a provocare cambiamenti e innovazioni dirompenti nel settore industriale, e la tecnologia di stampa 3D sarà una potente spinta per lo sviluppo dell'intelligenza industriale. La tecnologia di stampa 3D in polvere di metallo ha raggiunto determinati risultati, ma il collo di bottiglia del materiale influenzerà inevitabilmente la promozione della tecnologia di stampa 3D e la tecnologia di stampa 3D propone requisiti più elevati per i materiali. Esistono molti tipi di materiali metallici adatti alla stampa 3D industriale, ma solo speciali materiali in polvere possono soddisfare i requisiti della produzione industriale.
La futura direzione di sviluppo dei materiali metallici per la stampa 3D ha principalmente tre aspetti:
Uno è come rafforzare la ricerca sulla relazione tra struttura e proprietà del materiale sulla base dei materiali esistenti, ottimizzare ulteriormente i parametri di processo in base alle proprietà dei materiali, aumentare la velocità di stampa, ridurre la porosità e il contenuto di ossigeno e migliorare la qualità della superficie;
Il secondo è sviluppare nuovi materiali per renderli adatti alla stampa 3D in metallo, come lo sviluppo di nuovi materiali con eccellente resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e proprietà meccaniche complete;
Il terzo è rivedere e migliorare il sistema standard tecnico dei materiali in polvere di metallo per la stampa 3D per realizzare l'istituzionalizzazione e la normalizzazione degli standard tecnici di stampa dei materiali metallici.