Обзор 3d-печать алюминиевыми сплавами
Алюминиевые сплавы для 3d-печати обладают рядом полезных характеристик, таких как высокое соотношение прочности и веса, отличная теплопроводность и устойчивость к коррозии, что делает их подходящими материалами для 3D-печати в автомобильной, аэрокосмической, потребительской и других отраслях промышленности.
Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) - основные процессы 3D-печати, используемые для порошков алюминиевых сплавов. Частицы порошка послойно сплавляются с помощью мощного лазера для создания сложных и настраиваемых геометрий деталей.
Виды 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Серия сплавов | Общие оценки | Характеристики |
|---|---|---|
| Серия 2xxx | 2024, 2219, 2519 | Термообработка, высокая прочность |
| Серия 5xxx | 5005, 5052, 5083 | Умеренная прочность, возможность сварки |
| Серия 6xxx | 6060, 6066, 6061 | Термообработка, обрабатываемость |
| Серия 7xxx | 7050, 7068, 7075 | Очень высокая прочность, низкая коррозионная стойкость |
Состав 3d-печать алюминиевыми сплавами
Алюминиевые сплавы содержат более 97% алюминия по весу, а также легирующие элементы, такие как магний, кремний, марганец и медь, добавляемые для улучшения определенных свойств, например:
- Магний - повышает прочность, улучшает форму
- Кремний - улучшает текучесть при литье
- Марганец - добавлен для контроля структуры зерна
- Медь - повышает прочность и обрабатываемость
- Цинк - повышает прочность за счет закалки осаждением
- Хром - контролирует размер зерна для повышения прочности
Механические свойства
3D-печатные алюминиевые компоненты демонстрируют высокую механическую прочность, аналогичную литым или кованым сплавам. Некоторые типичные значения составляют:
- Прочность на разрыв - От 340 до 565 МПа
- Предел текучести - 170 - 505 МПа
- Удлинение при разрыве - 3% - 8%
- Твердость - От 75 до 110 HRB
- Модуль упругости около 70 ГПа
Характеристики алюминия для 3D-печати
| Атрибут | Подробности |
|---|---|
| Отделка поверхности | Прилипание порошка может оставить полушероховатый, ступенчатый профиль поверхности |
| Точность | Возможна высокая точность размеров до ±0,1% |
| Анизотропия | Наблюдается направленное ослабление механических свойств |
| Пористость | Пористость <1%, достигнутая при оптимизированных параметрах SLM |
| Гибкость сплава | Многие марки 2xxx, 5xxx, 6xxx и 7xxx можно распечатать. |
Применение 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Промышленность | Типовые применения |
|---|---|
| Аэрокосмическая промышленность | Авиационные воздуховоды, теплообменники, конструкционные кронштейны |
| Автомобильная промышленность | Нестандартные кронштейны, опоры, радиаторы, оснастка |
| Архитектура | Легкие панели, декоративные решетки, небольшие скульптуры |
| Медицина | Встроенное программное обеспечение хирургических инструментов, имплантатов |
| Электроника | Устройства для рассеивания тепла, такие как радиаторы |
| Оборона | Низкосерийные детали с сокращенным временем изготовления |
Технические характеристики алюминиевой пудры для аддитивного производства
| Параметр | Тип/диапазон |
|---|---|
| Материалы | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Размер частиц | От 25 до 65 микрон |
| Форма частиц | В основном сферические, допускаются некоторые спутники |
| Кажущаяся плотность | Около 2,67 г/куб. см |
| Расход | <30 с/50 г согласно ASTM B964 |
| Остаточный кислород | <0,4% для высокой прочности на разрыв |
Ведущие поставщики 3d-печать алюминиевыми сплавами
Популярные производители порошков из алюминиевых сплавов для АМ включают в себя:
- AP&C - специализируется на распылении реактивных материалов, таких как алюминий
- Столярная добавка - широкий спектр марок нержавеющей стали и алюминия
- EOS - Поставки предварительно легированных алюминиевых порошков для систем печати EOS
- Sandvik Osprey - сферические газоатомизированные алюминиевые порошки
- SLM Solutions - оптимизация для SLM-принтеров с использованием высококачественного алюминия
Соображения по поводу стоимости
| Марка алюминия | Средняя цена порошка |
|---|---|
| AlSi10Mg | $100-150 за кг |
| AlSi7Mg | $70-100 за кг |
| AlSi12 | $90-140 за кг |
Алюминиевые порошки из чистого алюминия стоят на 20-50% дороже порошков из вторичного сырья. Цены также зависят от количества закупок, характеристик частиц, поставщика и преобладающих цен на металл.
Плюсы и минусы 3D-печати из алюминия
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Снижение веса по сравнению со стальными деталями | Высокая отражательная способность требует более высокой мощности лазера |
| Быстрое создание прототипов, изготовление на заказ | Постобработка часто необходима для снятия напряжения |
| Консолидация сборок в одну деталь | Реактивный алюминий требует инертной атмосферы |
| Улучшенное терморегулирование | Максимальный размер детали ограничен используемым оборудованием |
| Совместимость с гальваникой, полировкой | Сплавы имеют более низкую максимальную температуру эксплуатации, чем стали |
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос: Какой алюминиевый сплав лучше всего подходит для аддитивного производства?
О: AlSi10Mg - наиболее широко распространенный алюминиевый сплав, обеспечивающий хорошее сочетание текучести, прочности, твердости и коррозионной стойкости в сочетании с совместимостью с различными принтерами.
Вопрос: Влияет ли ориентация сборки на свойства 3D-печатных алюминиевых компонентов?
О: Да, вертикальная сборка может иметь более низкие пределы прочности на растяжение и текучести по сравнению с горизонтальной сборкой из-за послойной конструкции. Механические характеристики также различаются в зависимости от нагружения параллельно или перпендикулярно слоям.
Вопрос: Какие виды термообработки могут улучшить свойства алюминия?
О: Термообработка T6 (солюбилизация с последующим искусственным возрастным упрочнением) некоторых аддитивно изготовленных сплавов, таких как AlSi10Mg, может значительно повысить прочность на разрыв, твердость и пластичность по сравнению с исходным состоянием.
Вопрос: Как улучшить качество поверхности деталей из алюминия, изготовленных аддитивным способом?
О: Различные финишные процедуры, такие как пескоструйная обработка, дробеструйная обработка, лазерная полировка, обработка с ЧПУ, шлифовка или фугование, могут помочь сгладить ступенчатые контуры, которые обычно наблюдаются на готовых алюминиевых поверхностях, полученных в результате порошковой печати.
В: Влияет ли повторное использование алюминиевого порошка на свойства 3D-печатных деталей?
О: Повторное использование алюминиевого порошка до 10-20 раз, как правило, не влияет на механические характеристики. Но после 25 циклов повторного использования ухудшается текучесть порошка, снижается плотность и увеличивается количество кислорода/нитридных примесей, что может привести к ухудшению качества и прочности материала.
