Przegląd Stopy aluminium do druku 3D
Stopy aluminium do druku 3D oferują kilka korzystnych właściwości, takich jak wysoki stosunek wytrzymałości do masy, doskonała przewodność cieplna i odporność na korozję, co czyni je odpowiednimi materiałami do zastosowań w druku 3D w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, dóbr konsumpcyjnych i innych.
Selektywne topienie laserowe (SLM) i bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS) to podstawowe procesy druku 3D stosowane w przypadku proszków ze stopów aluminium. Cząsteczki proszku są stapiane ze sobą warstwa po warstwie za pomocą lasera o dużej mocy w celu skonstruowania złożonych i konfigurowalnych geometrii komponentów.
Rodzaje Stopy aluminium do druku 3D
| Seria Alloy | Wspólne oceny | Charakterystyka |
|---|---|---|
| Seria 2xxx | 2024, 2219, 2519 | Możliwość obróbki cieplnej, wysoka wytrzymałość |
| Seria 5xxx | 5005, 5052, 5083 | Umiarkowana wytrzymałość, możliwość spawania |
| Seria 6xxx | 6060, 6066, 6061 | Podatność na obróbkę cieplną, skrawalność |
| Seria 7xxx | 7050, 7068, 7075 | Bardzo wysoka wytrzymałość, niska odporność na korozję |
Skład Stopy aluminium do druku 3D
Stopy aluminium zawierają wagowo ponad 97% aluminium wraz z pierwiastkami stopowymi, takimi jak magnez, krzem, mangan i miedź, dodanymi w celu poprawy niektórych właściwości, takich jak:
- Magnez - zwiększa wytrzymałość i odkształcalność
- Krzem - poprawia płynność w zastosowaniach odlewniczych
- Mangan - dodawany w celu kontrolowania struktury ziarna
- Miedź - zwiększa wytrzymałość i skrawalność
- Cynk - poprawia wytrzymałość poprzez utwardzanie wydzieleniowe
- Chrom - kontroluje wielkość ziarna, zapewniając wyższą wytrzymałość
Właściwości mechaniczne
Drukowane w 3D komponenty aluminiowe wykazują wysoką wytrzymałość mechaniczną, podobną do stopów odlewanych lub kutych. Niektóre typowe wartości to:
- Wytrzymałość na rozciąganie - 340 do 565 MPa
- Granica plastyczności - 170 do 505 MPa
- Wydłużenie przy zerwaniu - 3% do 8%
- Twardość - 75 do 110 HRB
- Moduł sprężystości około 70 GPa
Charakterystyka aluminium do druku 3D
| Atrybut | Szczegóły |
|---|---|
| Wykończenie powierzchni | Adhezja proszku może pozostawić pół-szorstki, schodkowy profil powierzchni |
| Dokładność | Ogólnie możliwa jest wysoka dokładność wymiarowa do ±0,1%. |
| Anizotropia | Zaobserwowano kierunkowo słabsze właściwości mechaniczne |
| Porowatość | Porowatość <1% osiągnięta przy zoptymalizowanych parametrach SLM |
| Elastyczność stopu | Możliwość drukowania wielu klas 2xxx, 5xxx, 6xxx i 7xxx |
Zastosowania Stopy aluminium do druku 3D
| Przemysł | Typowe zastosowania |
|---|---|
| Lotnictwo i kosmonautyka | Przewody lotnicze, wymienniki ciepła, wsporniki konstrukcyjne |
| Motoryzacja | Niestandardowe wsporniki, podpory, radiatory, oprzyrządowanie |
| Architektura | Lekkie panele, dekoracyjne kraty, małe rzeźby |
| Medyczny | Oprogramowanie układowe, takie jak narzędzia chirurgiczne, implanty |
| Elektronika | Urządzenia rozpraszające ciepło, takie jak radiatory |
| Obrona | Niskonakładowe części o skróconym czasie realizacji |
Specyfikacje proszku aluminiowego dla produkcji addytywnej
| Parametr | Typ/zakres |
|---|---|
| Materiały | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Wielkość cząstek | 25 do 65 mikronów |
| Kształt cząsteczki | Głównie sferyczne, niektóre satelity dozwolone |
| Gęstość pozorna | Około 2,67 g/cc |
| Natężenie przepływu | <30 s/50 g zgodnie z ASTM B964 |
| Tlen resztkowy | <0,4% dla wysokiej wytrzymałości na rozciąganie |
Wiodący dostawcy Stopy aluminium do druku 3D
Popularni producenci proszków ze stopów aluminium dla AM to m.in:
- AP&C - Specjalizuje się w atomizacji materiałów reaktywnych, takich jak aluminium.
- Carpenter Additive - Szeroki zakres gatunków stali nierdzewnej i aluminium
- EOS - Dostarcza wstępnie stopione proszki aluminium dla systemów drukujących EOS
- Sandvik Osprey - Sferyczne proszki aluminiowe atomizowane gazem
- SLM Solutions - Optymalizacja dla drukarek SLM z wysokiej jakości aluminium
Rozważania dotyczące kosztów
| Klasa aluminium | Średnia cena proszku |
|---|---|
| AlSi10Mg | $100-150 za kg |
| AlSi7Mg | $70-100 za kg |
| AlSi12 | $90-140 za kg |
Proszki z aluminium pierwotnego są droższe o 20-50% od proszków z recyklingu. Ceny zależą również od zakupionej ilości, charakterystyki cząstek, dostawcy i dominujących cen metali.
Plusy i minusy aluminium drukowanego w 3D
| Zalety | Wady |
|---|---|
| Redukcja masy w porównaniu z częściami stalowymi | Wysoki współczynnik odbicia wymaga wyższej mocy lasera |
| Szybkie prototypowanie, dostosowywanie | Przetwarzanie końcowe jest często konieczne w celu złagodzenia naprężeń |
| Konsoliduje zespoły w jedną część | Reaktywne aluminium wymaga atmosfery obojętnej |
| Ulepszone zarządzanie temperaturą | Maksymalny rozmiar części ograniczony przez używany sprzęt |
| Kompatybilny z galwanizacją, polerowaniem | Stopy mają niższą maksymalną temperaturę pracy niż stale |
FAQ
P: Który stop aluminium najlepiej nadaje się do produkcji addytywnej?
AlSi10Mg jest najczęściej stosowanym stopem aluminium oferującym dobre połączenie płynności, wytrzymałości, twardości i odporności na korozję w połączeniu z kompatybilnością z różnymi drukarkami.
P: Czy orientacja wydruku wpływa na właściwości drukowanych w 3D komponentów aluminiowych?
O: Tak, budowanie w pionie może wykazywać 20-30% niższą wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności w porównaniu z częściami budowanymi poziomo ze względu na konstrukcję warstwa po warstwie. Wydajność mechaniczna różni się również w zależności od obciążenia równoległego lub prostopadłego do warstw.
P: Jakie rozwiązania obróbki cieplnej mogą poprawić właściwości aluminium?
O: Obróbka cieplna T6 (rozpuszczanie, a następnie sztuczne utwardzanie starzeniowe) niektórych stopów wytwarzanych addytywnie, takich jak AlSi10Mg, może znacznie zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie, twardość i ciągliwość w porównaniu ze stanem fabrycznym.
P: W jaki sposób poprawia się wykończenie powierzchni części aluminiowych wytwarzanych addytywnie?
O: Różne procedury wykończeniowe, takie jak piaskowanie, śrutowanie, polerowanie laserowe, obróbka CNC, szlifowanie lub liniowanie mogą pomóc wygładzić schodkowe kontury zwykle obserwowane na gotowych powierzchniach aluminiowych z druku proszkowego.
P: Czy ponowne użycie proszku aluminiowego wpływa na właściwości drukowanych części 3D?
Recykling proszku aluminiowego do 10-20 razy zazwyczaj nie wpływa na wydajność mechaniczną. Jednak po około 25 cyklach ponownego użycia, zmniejszająca się płynność proszku, niższa gęstość i wyższe zanieczyszczenia tlenem/azotkami mogą zacząć pogarszać jakość i wytrzymałość materiału.
