Materiali in polvere di metallo per la stampa 3d

La stampa 3D in metallo è una tecnologia di stampa 3D che utilizza polvere di metallo per stampare direttamente parti metalliche, nota anche come sinterizzazione di polvere di metallo (SLM). Oltre a una buona plasticità, la polvere di metallo per la stampa 3D deve anche soddisfare i requisiti di granulometria fine e distribuzione granulometrica elevata. Requisiti di sfericità stretta, elevata, buona fluidità ed elevata densità apparente. Attualmente, le polveri metalliche utilizzate nella maggior parte delle stampanti 3D includono acciaio inossidabile, leghe di alluminio, leghe di cobalto-cromo, leghe di rame, leghe di titanio e leghe di nichel. Le leghe a base di ferro sono l'ingegneria Il materiale metallico più importante e più utilizzato nella tecnologia è utilizzato principalmente per la formazione di strutture complesse ed è ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, automobilistica, navale, nella produzione di macchinari e in altri settori.

Il tipo di polvere metallica e il processo di stampa 3D utilizzati per determinare le proprietà del prodotto finale

● Polvere d'acciaio inossidabile

Materiali di stampa in metallo relativamente economici, economici, buona resistenza alla corrosione, elevata resistenza, possono produrre in modo rapido ed efficiente piccoli lotti di parti industriali complesse.

● Polvere di lega di alluminio

Attualmente, le leghe di alluminio utilizzate nella stampa 3D di metalli includono principalmente alluminio silicio AlSi12 e AlSi10Mg. L'alluminio silicio 12 è un additivo leggero utilizzato per produrre polveri metalliche con buone proprietà termiche. La combinazione di silicio e magnesio consente alle leghe di alluminio di avere una maggiore resistenza. e rigidità, che lo rendono adatto per geometrie complesse e a parete sottile, soprattutto in applicazioni con buone proprietà termiche e peso ridotto. Le leghe di alluminio sono la classe di materiali strutturali non ferrosi più utilizzata in alta resistenza, vicino o superiore all'acciaio di alta qualità e buona plasticità. La ricerca mostra che le leghe di alluminio per la stampa 3D possono ottenere parti dense, piccole strutture e proprietà meccaniche paragonabili o addirittura migliori delle parti di fusione e rispetto ai processi tradizionali La qualità delle parti può essere ridotta del 22%, ma il costo può essere ridotto del 30 per cento.

● Polvere di lega di cobalto-cromo

A causa della sua eccellente resistenza all'usura e alla corrosione, la polvere di lega di cobalto-cromo per la stampa 3D di metalli è comunemente utilizzata per stampare varie articolazioni artificiali e impianti ortopedici, ed è anche utilizzata nel campo dell'odontoiatria.

●Polvere di lega di rame

Con un'eccellente conduttività termica ed elettrica, il rame con un'eccellente conduttività termica nelle applicazioni di gestione termica può essere combinato con la libertà di progettazione per produrre strutture interne complesse e canali di raffreddamento conformi.

● Polvere di lega di titanio

È ampiamente utilizzato nel campo aerospaziale, utilizzando i vantaggi della stampa 3D per aiutare a ottimizzare la progettazione del prodotto, come sostituire il corpo solido originale con una struttura complessa e ragionevole, in modo che il prodotto finito abbia un peso inferiore e migliori proprietà meccaniche. Ciò può non solo ridurre i costi, ma anche ottenere una produzione leggera di ogni componente.

● Polvere di lega di nichel

La resistenza all'ossidazione e la resistenza alla corrosione della lega di nichel lo rendono adatto per ambienti difficili di alta temperatura e alta pressione. Quando la lega di nichel viene riscaldata, uno strato di ossido spesso e stabile verrà passivato sulla superficie della lega per proteggere l'interno della lega dalla corrosione. Le buone proprietà meccaniche vengono mantenute in un ampio intervallo di temperature.

Come vengono utilizzati i materiali in polvere per la stampa 3D

Un raggio laser ad alta energia, controllato dai dati del modello 3D, viene utilizzato per fondere localmente la matrice metallica, mentre la sinterizzazione solidifica il materiale in polvere di metallo e impila automaticamente strato per strato per generare parti solide geometriche dense.

Come produrre polveri metalliche per la stampa 3D

La produzione di polveri metalliche è un aspetto fondamentale della metallurgia delle polveri. Diversi metodi utilizzati per preparare le polveri metalliche includono la riduzione, l'elettrolisi, la decomposizione del carbonile, la macinazione e l'atomizzazione.

I quattro metodi più utilizzati per la produzione di polveri metalliche sono la riduzione allo stato solido, l'elettrolisi, la chimica e l'atomizzazione.

La maggior parte dei produttori utilizza metodi di elettrolisi e riduzione per produrre polveri di metalli elementari. Ma non sono adatti per la produzione di polveri di leghe. Tuttavia, il metodo di atomizzazione tende a superare questa limitazione, quindi i produttori lo utilizzano per la produzione di polveri di lega.

L'elettrolisi è un altro metodo utilizzato per produrre metalli in polvere. Scegliendo l'appropriata composizione elettrolitica, temperatura, concentrazione e densità di corrente, diversi metalli possono essere depositati come spugne o polveri. Questo può essere seguito da lavaggio, asciugatura, riduzione, ricotto e frantumato. Questo metodo produce polveri metalliche di altissima purezza. È fondamentalmente utilizzato per polveri di rame altamente conduttive a causa del suo elevato fabbisogno energetico.

Il metodo di atomizzazione si riferisce a un metodo per frantumare il metallo fuso in particelle con una dimensione inferiore a 150 μm mediante metodi meccanici. Secondo il metodo di frantumazione del metallo fuso, i metodi di atomizzazione includono l'atomizzazione a due flussi, l'atomizzazione centrifuga, l'atomizzazione ad ultrasuoni, l'atomizzazione sotto vuoto, ecc. Questi metodi di atomizzazione hanno le loro caratteristiche e sono stati utilizzati con successo nella produzione industriale. Tra questi, il metodo di atomizzazione del vapore acqueo presenta i vantaggi di apparecchiature e processi di produzione semplici, basso consumo energetico e grandi lotti ed è diventata la principale polvere di metallo. Metodi di produzione industriale.

Requisiti prestazionali di stampa 3D per polveri metalliche

1. Purezza

Le inclusioni ceramiche ridurranno significativamente le prestazioni della parte finale e queste inclusioni generalmente hanno un punto di fusione elevato e sono difficili da sinterizzare, quindi non devono esserci inclusioni ceramiche nella polvere. Inoltre, anche il contenuto di ossigeno e azoto deve essere rigorosamente controllato. Attualmente, la tecnologia di preparazione delle polveri per la stampa 3D di metalli si basa principalmente sul metodo di atomizzazione. La polvere ha un'ampia superficie specifica ed è facile da ossidare. In campi di applicazione speciali come quello aerospaziale, i clienti hanno requisiti più severi per questo indice, come le superleghe Il contenuto di ossigeno della polvere è 0.006 percento -0.018 percento, il contenuto di ossigeno della polvere di lega di titanio è 0,007 percento -0,013 percento e il contenuto di ossigeno della polvere di acciaio inossidabile è 0,010 percento -0,025 percento.

2. Fluidità della polvere e densità apparente

La fluidità della polvere influisce direttamente sull'uniformità di spargimento della polvere durante il processo di stampa e sulla stabilità del processo di alimentazione della polvere. La fluidità è correlata alla morfologia della polvere, alla distribuzione granulometrica e alla densità apparente. Minore è la proporzione di polvere fine, migliore è la sua fluidità; la densità delle particelle rimane invariata, la densità relativa aumenta e la fluidità della polvere aumenta. Inoltre, l'adsorbimento di acqua, gas, ecc. sulla superficie delle particelle ridurrà la fluidità della polvere.

3. Distribuzione granulometrica della polvere

Diverse apparecchiature di stampa 3D e processi di formatura hanno requisiti diversi per la distribuzione delle dimensioni delle particelle di polvere. Al momento, l'intervallo di dimensioni delle particelle di polvere comunemente utilizzato nella stampa 3D di metalli è 15-53μm (polvere fine) e 53-105μm (polvere grossolana). La scelta della dimensione delle particelle di polvere di metallo per la stampa 3D dipende principalmente dalle stampanti metalliche con diverse fonti di energia, le stampanti che utilizzano il laser come fonte di energia sono adatte per l'utilizzo di polvere di 15-53μm come materiali di consumo grazie al loro punto di messa a fuoco fine e alla facile fusione di polvere finissima. Il metodo di fornitura della polvere è la verniciatura a polvere strato per strato; La stampante per la diffusione della polvere con un fascio di elettroni come fonte di energia ha un punto di messa a fuoco leggermente più spesso, che è più adatto per la fusione di polvere grossolana ed è adatto per l'uso di polvere grossolana di 53-105 μm; per la stampante con alimentazione coassiale della polvere, la dimensione delle particelle di 105-150 μm può essere utilizzata come materiale di consumo.

4. Morfologia della polvere

La morfologia della polvere è strettamente correlata al metodo di preparazione della polvere. Generalmente, quando il gas metallico o il liquido fuso viene trasformato in polvere, la forma delle particelle di polvere tende ad essere sferica. La maggior parte delle polveri preparate con il metodo sono dendritiche. In generale, maggiore è la sfericità, migliore è la fluidità delle particelle di polvere. La polvere di metallo per la stampa 3D richiede un'asfericità superiore al 98 percento in modo che la diffusione della polvere e l'alimentazione della polvere siano più facili da eseguire durante la stampa.

L'importanza della stampa 3D di polvere di metallo

La polvere di metallo rende la stampa 3D più veloce e consente una prototipazione rapida. I produttori possono anche modificare i progetti in modo più efficiente. Questo metodo è anche conveniente perché le stampanti 3D in metallo utilizzano solo la quantità di materiale necessaria per realizzare la parte desiderata. Semplifica la progettazione di parti di macchine complesse e consente la produzione di parti di macchine "impossibili".