Vật liệu bột kim loại để in 3d

In 3D kim loại là công nghệ in 3D sử dụng bột kim loại để in trực tiếp các bộ phận kim loại, còn được gọi là thiêu kết bột kim loại (SLM). Ngoài độ dẻo tốt, bột kim loại in 3D còn phải đáp ứng yêu cầu về kích thước hạt bột mịn và độ phân bố kích thước hạt cao. Yêu cầu hẹp, độ cầu cao, tính lưu động tốt và mật độ khối cao. Hiện nay, bột kim loại được sử dụng trong hầu hết các máy in 3D bao gồm thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim coban-crom, hợp kim đồng, hợp kim titan và hợp kim niken. Hợp kim làm từ sắt trong kỹ thuật Vật liệu kim loại quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất trong công nghệ chủ yếu được sử dụng để tạo ra các cấu trúc phức tạp, và được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, ô tô, đóng tàu, sản xuất máy móc và các ngành công nghiệp khác.

Loại bột kim loại và quy trình in 3D được sử dụng để xác định các đặc tính của sản phẩm cuối cùng

● Bột thép không gỉ

Vật liệu in kim loại tương đối rẻ, tiết kiệm chi phí, chống ăn mòn tốt, độ bền cao, có thể sản xuất hàng loạt nhỏ các bộ phận công nghiệp phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả.

● Bột hợp kim nhôm

Hiện tại, các hợp kim nhôm được sử dụng trong in 3D kim loại chủ yếu bao gồm nhôm silicon AlSi12 và AlSi10Mg. Nhôm silicon 12 là một chất phụ gia nhẹ được sử dụng để sản xuất bột kim loại có đặc tính nhiệt tốt. Sự kết hợp của silicon và magiê cho phép hợp kim nhôm có độ bền cao hơn. và độ cứng, làm cho nó phù hợp với các cấu trúc có thành mỏng và hình học phức tạp, đặc biệt là trong các ứng dụng có tính chất nhiệt tốt và trọng lượng thấp. Hợp kim nhôm là loại vật liệu kết cấu màu được sử dụng rộng rãi nhất với độ bền cao, gần bằng hoặc vượt qua thép chất lượng cao và độ dẻo tốt. Nghiên cứu cho thấy rằng hợp kim nhôm để in 3D có thể đạt được các bộ phận dày đặc, cấu trúc nhỏ và các tính chất cơ học tương đương hoặc thậm chí tốt hơn các bộ phận đúc, và so với quy trình truyền thống, chất lượng của các bộ phận có thể giảm 22 phần trăm, nhưng chi phí có thể giảm 30 phần trăm.

● Bột hợp kim coban-crom

Do khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời, bột hợp kim coban-crom để in 3D kim loại thường được sử dụng để in các khớp nhân tạo và cấy ghép chỉnh hình khác nhau, và nó cũng được sử dụng trong lĩnh vực nha khoa.

● Bột hợp kim đồng

Với khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời, đồng có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời trong các ứng dụng quản lý nhiệt có thể được kết hợp với sự tự do thiết kế để tạo ra các cấu trúc bên trong phức tạp và các kênh làm mát tuân thủ.

● Bột hợp kim titan

Nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, sử dụng những ưu điểm của in 3D để giúp tối ưu hóa thiết kế sản phẩm, chẳng hạn như thay thế phần thân rắn ban đầu bằng một cấu trúc phức tạp và hợp lý, để thành phẩm có trọng lượng thấp hơn và cơ tính tốt hơn. Điều này không chỉ có thể giảm chi phí mà còn có thể đạt được sản lượng nhẹ của từng bộ phận.

● Bột hợp kim niken

Khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn của hợp kim niken làm cho nó phù hợp với môi trường khắc nghiệt của nhiệt độ cao và áp suất cao. Khi hợp kim niken được nung nóng, một lớp oxit dày và ổn định sẽ được thụ động hóa trên bề mặt của hợp kim để bảo vệ bên trong hợp kim khỏi bị ăn mòn. Các đặc tính cơ học tốt được duy trì trong một phạm vi nhiệt độ rộng.

Cách vật liệu bột được sử dụng để in 3D

Một chùm tia laser năng lượng cao, được điều khiển bởi dữ liệu mô hình 3D, được sử dụng để làm nóng chảy cục bộ ma trận kim loại, trong khi thiêu kết làm rắn chắc vật liệu kim loại dạng bột và tự động xếp chồng từng lớp để tạo ra các bộ phận rắn hình học dày đặc.

Cách sản xuất bột kim loại in 3D

Sản xuất bột kim loại là một khía cạnh cơ bản của luyện kim bột. Các phương pháp khác nhau được sử dụng để điều chế bột kim loại bao gồm khử, điện phân, phân hủy cacbonyl, nghiền và nguyên tử hóa.

Bốn phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất bột kim loại là khử ở trạng thái rắn, điện phân, hóa học và nguyên tử hóa.

Hầu hết các nhà sản xuất sử dụng phương pháp điện phân và khử để sản xuất bột kim loại nguyên tố. Nhưng chúng không thích hợp để sản xuất bột hợp kim. Tuy nhiên, phương pháp nguyên tử hóa có xu hướng khắc phục hạn chế này nên các nhà sản xuất sử dụng nó để sản xuất bột hợp kim.

Điện phân là một phương pháp khác được sử dụng để sản xuất kim loại dạng bột. Bằng cách chọn thành phần điện phân, nhiệt độ, nồng độ và mật độ dòng điện thích hợp, các kim loại khác nhau có thể được lắng đọng dưới dạng bọt biển hoặc bột. Điều này có thể được tiếp theo bằng rửa, làm khô, giảm, Ủ và nghiền. Phương pháp này tạo ra bột kim loại có độ tinh khiết rất cao. Về cơ bản, nó được sử dụng cho bột đồng dẫn điện cao do yêu cầu năng lượng cao.

Phương pháp nguyên tử hóa là phương pháp nghiền kim loại nóng chảy thành các hạt có kích thước nhỏ hơn 150 μm bằng phương pháp cơ học. Theo phương pháp nghiền kim loại nóng chảy, các phương pháp nguyên tử hóa bao gồm nguyên tử hóa hai dòng, nguyên tử hóa ly tâm, nguyên tử hóa siêu âm, nguyên tử hóa chân không,… Các phương pháp nguyên tử hóa này có đặc điểm riêng và đã được sử dụng thành công trong sản xuất công nghiệp. Trong số đó, phương pháp nguyên tử hóa bằng hơi nước có ưu điểm là thiết bị và quy trình sản xuất đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp và kích thước mẻ lớn nên đã trở thành loại bột kim loại chính. Các phương thức sản xuất công nghiệp.

Yêu cầu về hiệu suất in 3D đối với bột kim loại

1. Sự tinh khiết

Các tạp chất gốm sứ sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của phần cuối cùng và các tạp chất này thường có nhiệt độ nóng chảy cao và khó nung chảy, vì vậy không được có tạp chất gốm sứ trong bột. Ngoài ra, hàm lượng oxy và nitơ cũng cần được kiểm soát chặt chẽ, hiện nay, công nghệ điều chế bột để in 3D kim loại chủ yếu dựa trên phương pháp nguyên tử hóa. Bột có diện tích bề mặt riêng lớn và dễ bị oxy hóa. Trong các lĩnh vực ứng dụng đặc biệt như hàng không vũ trụ, khách hàng có yêu cầu khắt khe hơn đối với chỉ số này, chẳng hạn như siêu hợp kim Hàm lượng oxy trong bột là 0. 0 0 6 phần trăm -0. 018 phần trăm, hàm lượng ôxy của bột hợp kim titan là 0,007 phần trăm -0. 013 phần trăm và hàm lượng ôxy của bột thép không gỉ là 0,010 phần trăm -0. 025 phần trăm.

2. Tính lưu động của bột và mật độ khối

Tính lưu động của bột ảnh hưởng trực tiếp đến độ đồng đều của bột trải trong quá trình in và sự ổn định của quá trình cấp bột. Tính lưu động liên quan đến hình thái bột, phân bố kích thước hạt và mật độ khối. Tỷ lệ bột mịn càng nhỏ thì độ dẻo càng tốt; mật độ hạt không thay đổi, mật độ tương đối tăng, và độ lưu động của bột tăng. Ngoài ra, sự hấp phụ của nước, khí,… trên bề mặt hạt sẽ làm giảm tính lưu động của bột.

3. Phân bố kích thước hạt bột

Các thiết bị in 3D khác nhau và quy trình tạo hình có các yêu cầu khác nhau về phân bố kích thước hạt bột. Hiện tại, phạm vi kích thước hạt bột thường được sử dụng trong in 3D kim loại là 15-53 μm (bột mịn) và 53-105 μm (bột thô). Sự lựa chọn kích thước hạt bột kim loại để in 3D chủ yếu là Theo các máy in kim loại có các nguồn năng lượng khác nhau, máy in sử dụng tia laser làm nguồn năng lượng thích hợp để sử dụng 15-53 μm bột làm vật tư tiêu hao vì điểm lấy nét mịn và dễ tan chảy bột mịn. Phương pháp cung cấp bột là sơn tĩnh điện từng lớp; Máy in trải bột với chùm điện tử làm nguồn năng lượng có điểm tập trung hơi dày hơn, thích hợp hơn để nấu chảy bột thô và thích hợp để sử dụng bột thô 53-105 μm; đối với máy in loại cấp bột đồng trục, cỡ hạt 105-150 μm có thể được sử dụng bột làm vật tư tiêu hao.

4. Hình thái bột

Hình thái của bột có quan hệ mật thiết với phương pháp điều chế bột. Nói chung, khi khí kim loại hoặc chất lỏng nóng chảy được biến đổi thành bột, hình dạng của các hạt bột có xu hướng là hình cầu. Hầu hết các loại bột được điều chế bằng phương pháp này đều là bột chùm ngây. Nói chung, độ cầu càng cao thì độ linh hoạt của các hạt bột càng tốt. Bột kim loại in 3D yêu cầu phi cầu hơn 98% để việc trải bột và nạp bột dễ thực hiện hơn trong quá trình in.

Tầm quan trọng của việc in bột kim loại 3D

Bột kim loại giúp in 3D nhanh hơn và cho phép tạo mẫu nhanh. Các nhà sản xuất cũng có thể sửa đổi thiết kế hiệu quả hơn. Phương pháp này cũng tiết kiệm chi phí vì máy in 3D kim loại chỉ sử dụng lượng vật liệu cần thiết để chế tạo bộ phận mong muốn. Giúp cho việc thiết kế các chi tiết máy phức tạp trở nên dễ dàng và cho phép sản xuất các chi tiết máy "không thể".