Какой металл можно использовать в 3D-печати?

Металлическая 3D-печать производит революцию в мире производства с невиданной ранее скоростью, освобождая проектировщиков и инженеров от традиционных ограничений. От высокопроизводительного аэрокосмические компоненты индивидуальному медицинское оборудование Для сложного, легкого промышленного оборудования точный выбор металлических материалов — это путь к открытию этих применений. В этой статье полностью рассматриваются основные Металлы для 3D-печати такие как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, жаропрочные сплавы, инструментальные стали и драгоценные металлы , их характерные свойства, соответствующие процессы и основные области использования, раскрывающие безграничный потенциал аддитивного производства с металлами.

Краткий справочник: краткий обзор выбора крана

Тип металла	Основные характеристики и типичное использование
Титан Сплав (Ти6Ал4В)	Высокое соотношение прочности и веса, хорошая биосовместимость; компоненты аэрокосмической конструкции, компоненты высокопроизводительных транспортных средств и орт
Алюминий Сплав (AlSi10Mg, Скалмаллой)	Высокая электро- и теплопроводность, легкий вес; Детали транспортных средств, легкий вес, шасси дронов, панели космических кораблей.
Нержавеющая сталь （316L, 17-4PH, 15-5PH ）	Высокая коррозионная стойкость, отличные механические свойства; оборудование для пищевой промышленности, детали морского оборудования, держатели инструментов, медицинские приборы, а также промышленные трубы и клапаны.
Суперсплав (Инконель 718/625, Хастеллой X)	Высокая прочность при повышенных температурах, стойкость к окислению и сопротивление ползучести; детали авиационных двигателей (крыльчатки лопаток турбин), газовые турбины, ракетные двигатели, высокотемпературные печи.
Инструментальная сталь (H13, мартенситностареющая сталь 300/350)	Высокая твердость, высокая износостойкость и высокая прочность при термообработке; вставка для литья под давлением, литые формы, режущий инструмент и высокопроизводительный функционально
Драгоценные металлы (золото, серебро, платина)	Высокая ценность, уникальные качества (проводимость, биоинертность, каталитическая активность); применение в ювелирных изделиях, специальных электронных контактах и ​​специальных медицинских/исследовательских устройствах.
Медь сплавы (чистая медь, CuCrZr)	Отличная электрическая и теплопроводность; применяется в радиаторах, теплообменниках, индукционных катушках, обмотках двигателей и проводящих разъемах.
Кобальт-хромовый сплав (CoCr)	Превосходная износостойкость, высокая прочность и хорошая биосовместимость; заявка на реставрацию зубов (коронки/мосты)

Почему стоит доверять этому руководству? Практический опыт экспертов LS

В LS мы не только всесторонне понимаем, но и глубоко резонируем с вашей агонией воплощения высокотехнологичных идей в повторяемых металлических деталях – контроль затрат, проблемы со временем или даже точные границы сложной геометрии. Сочувствую твоей агонии, мы обещаем тебе полный металлик. 3D-печать решения далеки от простого оборудования. Мы также предоставим вам высококвалифицированных и опытных специалистов. Выбирая LS, вы выбираете опытную сторону, которая сочувствует вашим потребностям и стремится провести вас на всем пути, от начала до конца, к оптимизированным процессам и бескомпромиссному качеству.

Наш опыт приносит вам пользу:

1. Мы предоставляем индивидуальный титановый сплав имплантаты медицинским клиентам в течение трех дней точно и вовремя, эффективно сокращая ценное время ожидания пациентов и спасая жизни.
2. Вместе с нашими клиентами из аэрокосмической отрасли мы работали вместе над миниатюризацией структуры компонентов из алюминиевых сплавов до беспрецедентного сокращения на 40 % и выше, а также предлагали полную поддержку на этом пути, чтобы помочь им успешно получить строгие отраслевые сертификаты.
3. В соответствии с требованиями к точности производства основных клиентов, мы немедленно и чудесным образом изготовили приспособления из нержавеющей стали, сократили время доставки ровно вдвое по сравнению со стандартными процессами и сэкономили значительные средства.

LS, благодаря своему профессионализму и опыту, предлагает полный потенциал, позволяющий вам решать проблемы на производстве и извлекать выгоду из нашего ценностного предложения.

Титановый сплав: король легкости и высокой прочности

Подробное введение в Ti6Al4V (класс 5 и 23) и другие титановые сплавы

Ти6Ал4В

Он также известен как Титановый сплав TC4 , представляет собой типичный титановый сплав α+β. Его химический состав в основном состоит из: титана (Ti) в качестве матрицы; алюминий (Al) (6%) для повышения прочности и термической стабильности сплава; и ванадий (V) (4%) для улучшения пластичности и коррозионной стойкости. Ti6Al4V сочетает в себе множество преимуществ, включая прочность, ударную вязкость, жаростойкость и коррозионную стойкость, а также низкую плотность. Это наиболее широко используемый титановый сплав в мире, на долю которого приходится более 50% мирового использования титановых сплавов. Проще говоря, он тверже алюминия, легче стали и более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь.

5 класс (Ти-6Ал-4В)

Марка 5 (Ti-6Al-4V), рабочая лошадка, является наиболее широко используемой. рабочая лошадка из титанового сплава потому что он предлагает лучшее сочетание прочности на разрыв (≥895 МПа), предела текучести (≥830 МПа) и все более высокой пластичности (удлинение ≥10%) . Марка 23 с низким содержанием междоузлий (Ti-6Al-4V ELI, Extra Low Interstitial) заметно повышает, не снижая при этом, высокую прочность (предел прочности ≥828 МПа), вязкость разрушения и устойчивость к повреждениям. Он особенно подходит для критически важных с точки зрения безопасности несущих структурных компонентов, требующих максимальной надежности, высокой устойчивости к многоосным напряжениям или эксплуатации при низких температурах, например, райзеров для глубоководных нефтяных скважин, авиационных деталей и суставных протезов.

Помимо серий Grade 5 и Grade 23, семейство титановых сплавов также включает высокую прочность и долговечность TC21 (с пределом прочности на разрыв ≥1100 МПа), высокую термостойкость TC11 (возможность использования при температуре до 500 ° C) и коммерческий чистый титан TA1 / Ti Grade 2 (-хорошую коррозионную стойкость и формуемость, обычно наблюдаемую в химической технологии, а также в других отраслях промышленности). медицинские приложения ). Во всех сплавах действительно контролируется содержание таких составляющих элементов, как Al, V, Ru и межзвездные элементы (O, N, C и Fe), чтобы удовлетворить различные и строгие потребности условий эксплуатации в высокой прочности, высокой ударной вязкости, высокой коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой биосовместимости.

Функции

Высокое соотношение прочности и веса, высокая коррозионная стойкость и хорошая биосовместимость. Титановые сплавы Ti-6Al-4V обеспечивают идеальный баланс механических, коррозионных и физических свойств.

Высокое соотношение прочности к весу: хотя его плотность составляет всего 4,43 г/см³, что составляет всего 60% от плотности стали, удельная прочность титанового сплава равна, если не превосходит, удельной прочности высокопрочных легированных сталей. Соответственно, компоненты из титанового сплава, подвергающиеся такой же нагрузке, демонстрируют значительное снижение веса более чем на 40%. Его предел текучести, обычно 800-880 МПа, таков, что материальные экспонаты , даже при повышенном напряжении, пластичная деформация и гораздо меньшая вероятность разрушения из-за хрупкости.

Хорошая коррозионная стойкость: в агрессивных средах, таких как плавиковая кислота, уксусная кислота и муравьиная кислота, к поверхности очень быстро прилипает тонкий слой пассивного оксида титана, что придает ему хорошую коррозионную стойкость, что позволяет использовать его в химических целях, а также в водной атмосфере.

Высокая биосовместимость: Титановые сплавы, особенно Grade 23 ELI, не вызывают чувствительности, нетоксичны и немагнитны для тканей человека. Модуль упругости титановых сплавов очень близок к модулю упругости человеческой кости, что значительно сводит к минимуму защиту от напряжений и способствует лучшей остеоинтеграции. Износостойкость и биологическая активность могут быть дополнительно повышены за счет обработки поверхности (например, покрытия из нитрида титана ), и, следовательно, он подходит для искусственных суставов (тазобедренного и коленного суставов), костных пластин, костных винтов, зубных имплантатов и усовершенствованных черепно-челюстно-лицевых имплантатов. Изготовленный по индивидуальному заказу протезный имплантат из титанового сплава, который использовался во время первой в мире «полной замены тела шейного позвонка с помощью 3D-печати», прослужил этому пациенту в течение восьми лет и вернулся к жизни высокого стандарта, продемонстрировав свой высокий уровень биосовместимости и длительный срок службы.

Соответствующие процессы: Титановые сплавы более точны и эффективны в случае 3D-печати, что позволяет создавать индивидуальные компоненты, например, УУЗР , EBM и DED.

Применение: Благодаря своим выдающимся свойствам титановые сплавы стали флагманским продуктом в ряде высокопроизводительных применений, начиная от аэрокосмических стентов, деталей двигателей, замены суставов медицинских устройств, черепно-челюстно-лицевых имплантатов, высокопроизводительных гоночных автомобилей и заканчивая спортивными устройствами.

Нержавеющая сталь: основа коррозионной стойкости и промышленного применения

Подробное описание 316L (коррозионностойкий), 17-4PH / 15-5PH (дисперсионное твердение), 304L, 420 и т. д.

Нержавеющая сталь 316L

Снержавеющая сталь 316L Будучи нержавеющей сталью, содержащей молибден, она более устойчива к коррозии по сравнению с нержавеющей сталью 304 l и, следовательно, является подходящим материалом для оборудования в целлюлозно-бумажной промышленности. производство бумаги . Нержавеющая сталь 316 также устойчива к суровым промышленным и морским атмосферам. Нержавеющая сталь 316L также устойчива к выделению карбидов дольше, чем нержавеющая сталь 316, и поэтому пригодна для применения при высоких температурах. Будучи сплавом стали 316 с низким содержанием углерода, 316L обладает теми же свойствами, что и сталь 316, но обладает повышенной стойкостью к межкристаллитной коррозии. Это особое требование при применении стали 316, где важным параметром является стойкость к межкристаллитной коррозии. Среди всех видов нержавеющей стали 316L и 17-4PH обычно считаются золотой парой 3D-печати. Из всех этих видов нержавеющей стали 316L, обладающая лучшей коррозионной стойкостью и улучшенной биосовместимостью, хорошо подходит для медицинского применения.

17-4PH / 15-5PH (дисперсионное твердение)

Нержавеющая сталь 15-5 представляет собой мартенситную нержавеющую сталь, которая находит разнообразное применение. Он идеально подходит для использования в проектах, где требуется повышенная коррозионная стойкость и поперечные характеристики по сравнению с другими мартенситами. Затем температуру термообработки можно варьировать, чтобы изменить степень прочности и твердости, необходимую для конкретного проекта.

17-4ПХ — сплав из семейства дисперсионно-твердеющих. мартенситная нержавеющая сталь сплавы, которые обладают высокой твердостью и прочностью, а также умеренной коррозионной стойкостью до 600°F. Он обладает полезными технологическими качествами и может подвергаться старению за один отжиг при температуре 900–1150°F. Этот сплав нашел широкое применение в оборудовании, арматуре и метизах нефтяных месторождений и нефтехимической промышленности.

Нержавеющая сталь 304L

Это легированная сталь 304 с низким содержанием углерода . 304L имеет низкое содержание углерода, что снижает вредные выделения карбидов во время сварки. По этой причине 304Л» может быть сварной » в агрессивных агрессивных средах без отжига. Механические свойства марки немного хуже, чем у стандартной марки 304, но она широко используется из-за ее универсальности. Как и в случае с нержавеющая сталь 304 , он обычно используется в пивоваренной и винодельческой промышленности, но может использоваться для создания продуктов непищевой промышленности, включая контейнеры для хранения химикатов, горнодобывающую промышленность и строительство. Идеально подходит для использования в металлических компонентах, таких как гайки и болты, которые подвергаются воздействию морской воды.

304L пользуется стабильным спросом, который существует в неприкладных целях, таких как изготовление прототипов из-за его ценовой конкурентоспособности. Сталь марки 420 представляет собой высокоуглеродистую мартенситную нержавеющую сталь с минимальным содержанием хрома 12%. Сталь марки 420 и нержавеющая сталь в целом могут быть закалены из исходного состояния путем термообработки. Сталь марки 420 после отжига относительно пластична и обладает превосходной коррозионной стойкостью после полировки, шлифования поверхности или закалки. Сталь марки 420 идеально подходит для любого типа прецизионных машин, подшипников, электрических устройств, инструментов, счетчиков, транспортных средств, кухонной техники, общественного питания и медицинских приборов из нержавеющей стали.

Свойства: Очень высокая коррозионная стойкость, превосходные механические свойства или возможность термической обработки до высокой прочности, относительно низкая стоимость.

Процессы нанесения: Из-за их высокой прочности, коррозионной стойкости, способности к термообработке до высокой прочности и совместимости с популярными массовыми металлические 3D процессы такие как SLM, DED и Binder Jetting, нержавеющая сталь хорошо известна 3D печать металлами .

Применение: трубопроводная арматура для химической, пищевой, морской промышленности, медицинское оборудование, детали инструментов или пресс-форм, архитектурная фурнитура и детали общего назначения.

Жаропрочные сплавы: защитники экстремальных условий

Обширный обзор сплавов на основе никеля и кобальта, таких как Inconel 718, Inconel 625, Hastelloy X и Haynes 282.

Инконель 718

Это высокоэффективный никелевый сплав, который в основном используется в агрессивных, а также в высокотемпературных средах. Он обеспечивает высокую прочность, устойчивость к высоким температурам, коррозионную стойкость и высочайший порядок. свариваемость и обрабатываемость. В его химическом составе высокое содержание никеля, хрома, железа и других сплавов, что обеспечивает высокую стойкость к нагреванию и окислению.

Инконель 625

Это сплав на основе никеля, содержащий никель, хром и молибден , а также следовые количества титан и алюминий . Он демонстрирует хорошую коррозионную стойкость и высокотемпературные характеристики. Его свойства достаточны для использования в различных агрессивных средах, поскольку он устойчив к коррозии и окислению.
Hastelloy X — это жаропрочный сплав молибдена и хрома с высоким содержанием железа, который представляет собой сплав, упрочненный твердым раствором.

Хастеллой X

Он устойчив к окислению и коррозии, имеет высокий предел ползучести и ударную вязкость даже при высоких температурах (например, ниже 900°C), а также в атмосферах науглероживания и азотирования, а также в нейтральных и восстановительных атмосферах.

Сплав Хейнс 282

Это усовершенствованный упрочняющий суперсплав класса Y, который был разработан специально для эксплуатации в конструкциях при высоких температурах, особенно для использования наземных и газотурбинных двигателей в аэрокосмической отрасли. Он предлагает превосходный баланс свариваемости, термической стабильности, сопротивления ползучести и обрабатываемости по сравнению с промышленные сплавы .

Свойства: выдающаяся жаропрочность, высокая стойкость к окислению, ползучести и коррозии.

Применимый процесс: SLM, EBM, со специальным опытом в DED.

Приложения: Применение авиационных двигателей , детали газовых турбин горячей секции (лопатки турбин, камеры сгорания), детали ракетных двигателей, детали атомной энергетики, высокотемпературные печи.

Инструментальная сталь и штамповая сталь: износостойкие и долговечные

Подробное введение: H13 (горячая обработка), мартенситностареющая сталь 300/350 (старение), 18Ni300, M2 (быстрорежущая сталь), Toolox 33/44 и т. д.

Н13

Это легированная инструментальная сталь и быстрорежущая рабочая сталь, которая применяется в основном для высокотемпературных штампов высокого давления, таких как горячая ковка, литье из алюминиевого сплава и штампы для горячей экструзии. H13 обладает высокой жаропрочностью, красной твердостью и ударной вязкостью, а также превосходной термостойкостью и, таким образом, очень хорошо работает при высоких температурах.

Свойства: Большая твердость, большая износостойкость и большая устойчивость к высоким температурам (сталь горячей обработки); чрезвычайно высокая прочность после термообработки ( мартенситностареющая сталь ).

мартенситностареющая сталь 300/350 (упрочнение с возрастом)

Стареющая сталь 300/350, или мартенситно-стареющая сталь, представляет собой высокопрочную сталь, состоящую из низкоуглеродистой или свободноуглеродистой мартенситной матрицы, твердость которой достигается за счет выделения интерметаллических соединений при старении. В отличие от обычной высокопрочной стали, она достигает твердости не за счет углерода, а за счет выделения и дисперсии интерметаллических соединений и, следовательно, отличается от обычная сталь в нескольких аспектах. Характеристики включают высокую прочность, высокую ударную вязкость, низкую прокаливаемость, хорошую формуемость, легкость термической обработки, отсутствие деформации при старении и хорошую свариваемость.

18Ни300

Это сплав серии Maraging 300, имеющий свой состав и свои качества. Его основными преимуществами являются минимальная деформация при старении при низких температурах с целью достижения стабильности размеров точных компонентов; его прокаливаемость при холодной обработке низкая , что гарантирует, что он идеально подходит для сложных штамповка и формовка . Его применение - снаряды ракет, шатуны гоночных автомобилей высокой мощности и прецизионные литейные формы для литья .

М2 (быстрорежущая сталь)

Это быстрорежущая инструментальная сталь на молибденовой основе, сплаве, состоящем преимущественно из углерода, молибдена, вольфрама, хрома и ванадия . Эта сталь обладает высокой стойкостью к износу, ударам и высоким температурам (сохраняет свойства до 600°С), что позволяет использовать ее в режущий инструмент , пресс-форм и производство высокопрочных компонентов. Высокая однородность распределения карбида и высокие вязкостные свойства характеризуют эту сталь, которая, однако, склонна к перегреву и требует строгого контроля параметров термообработки. Добавление церия, редкоземельного мелкозернистого материала, уменьшает размер карбида, уменьшает сегрегацию сплава и повышает устойчивость к высоким температурам и технологичность.

Инструментокс 33/444

Toolox 33/44, революционная сталь, поддающаяся термообработке , предварительно закаливается до HRC 33 (Toolox 33) и HRC 44 (Toolox 44) на стане, что исключает затраты и время цикла термообработки. Высокая эффективность обработки, высокие скорости прямой резки, которые быстрее, а также хорошие характеристики электроэрозионной обработки и полировки, что позволяет сократить время полировки на одну треть в этой стали, которая имеет высокую эффективность обработки. Совместимая обработка поверхности дополнительно оптимизирует износостойкость. В большом размере он обычно полезен в литьевые формы , штампы для штамповки автомобилей и приспособления для роботов, что сокращает время выполнения заказа.

Применимые процессы: SLM, EBM, с особой силой в DED.

Применение: вставки в формы для литья под давлением/литья под давлением, особенно с конформными каналами охлаждения, штампы/формовочные матрицы, режущие инструменты и износостойкие детали.

Драгоценные металлы и специальные сплавы: удовлетворение уникальных потребностей

Золото, серебро и платина

Это драгоценные металлы, отвечающие уникальным потребностям 3D-печати.
Ювелирные изделия: Ювелирные изделия должны быть химически инертны при стандартной комнатной температуре и давлении и устойчивы к коррозии по отношению к основным компонентам воды и воздуха. Химическая стабильность золота превосходна. Серебро имеет беловато-серебристый вид с металлическим отливом, его легко достать, оно дешевое и стало любимым выбором для ювелирных изделий. Платина , то есть белое золото, имеет беловато-серебристый оттенок. металлический вид , обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии по отношению к агрессивным сильным кислотам и сильным щелочам, а также имеет чрезвычайно высокую температуру плавления.

Специальные электронные контакты: В электронные микроконтакты золото устойчиво к дуговой эрозии ; серебро сопротивляется ингибированию электромиграции ; а платина устойчива к окислению при высоких температурах . Подобные благородные металлы также используются в контактах аэрокосмических реле и платиновых сверхпроводниковых разъемах в аппаратах ядерно-магнитно-резонансной томографии.

Биомедицинские устройства для исследований: имплантированные датчики (золото), платиновые устройства для высвобождения противораковых лекарств и антибактериальные серебряные поверхности.

Медные сплавы (чистая медь, CuCrZr)

Обладают высокой проводимостью электричества и тепла и используются в деталях двигателей, радиаторах, теплообменниках и индукционных катушках. Кобальт-хромовый сплав (CoCrMo) чрезвычайно устойчив к износу, а также чрезвычайно биосовместим и используется в стоматологических реставрациях, а также в некоторых ортопедических имплантатах.

Соответствующие процессы: SLM (требуются специальные параметры), BJ (ценные металлы) и DED (медь).

Часто задаваемые вопросы

1. Будет ли прочность металлических компонентов, напечатанных на 3D-принтере, аналогична прочности кованых компонентов?

Да. Правильная оптимизация процессов после обработки, например, путем термической обработки, может сделать полученный результат металлические детали изготовленные с помощью таких процессов, как SLM или EBM, например, прочность и усталость достигают и даже превосходят традиционные аналоги кованых деталей.

2. Можно ли заменить традиционное производство (например, литье и ЧПУ ) полностью металлизированной 3D-печатью?

Пока нет, не может. Он лучше подходит для обработки сложной формы, индивидуальной настройки для мелкосерийного производства и сплавов, труднообрабатываемых на станке . Однако массовое производство обычных деталей обходится дешевле и быстрее с помощью традиционных методов, и оба процесса дополняют друг друга.

3. Нужна ли постобработка металла, напечатанного на 3D-принтере?

Да, за крайне редким исключением, все металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, требуют постобработки. Обычными процессами, связанными с 3D-печатью металлов, являются удаление опорной конструкции, снятие напряжений, термообработка, отделка поверхности (механическая обработка, полировка, пескоструйная обработка ) и HIP (с целью улучшения плотности и устранения пор).

4. Является ли 3D-печать металлом более дорогостоящей из-за стоимости материала?

Его стоимость обычно значительно выше, чем у металла в виде прутка или блока, из которого он будет изготовлен. Это существенно увеличивает стоимость металлическая 3D печать , хотя его общее соотношение цены и качества следует оценивать как комплексный вариант, учитывая свободу дизайна и экономию материалов.

Краткое содержание

Металлическая 3D-печать Библиотека материалов продолжает расти в геометрической прогрессии: от обычных титановых сплавов, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и жаропрочных сплавов до редких инструментальных сталей, благородных металлов и медных сплавов. Каждый из них в индивидуальной комбинации обеспечивает набор свойств, таких как прочность, малый вес, устойчивость к высоким температурам, коррозионная стойкость, электропроводность, теплостойкость и биосовместимость для определенных высокотехнологичных применений. Прорывные технологии позволяют эффективно обрабатывать указанные материалы до очень сложной геометрии, невозможной с помощью обычных процессов, изменения конструкции, прототип и производить высокопроизводительные компоненты.

Когда вашей проблемой является прорыв в проектных ограничениях, вашей задачей является легкость, сокращение времени выполнения заказа или обработка труднообрабатываемого материала. 3D печать металлом и выбор материалов являются движущей силой решения. Глубокое понимание свойств и применения ваших материалов — ваш ключ к раскрытию этой технологии, меняющей парадигму создания и дифференциации. Выбор правильного металла открывает перед нами безграничные возможности аддитивного производства!

Перед лицом этих более серьезных проблем LS услуги 3D-печати ваш незаменимый «инструмент». Он представляет собой точность промышленного уровня, беспрецедентную повторяемость и эффективную производительность, позволяя идеально, последовательно и эффективно реализовать ваши дизайнерские идеи. Выбор ЛС заключается в том, чтобы привнести прецизионную мощь промышленного уровня в ваше исключительное мастерство.

Загрузите свои дизайнерские чертежи сейчас и получите мгновенное Стоимость 3D-печати (цена на 3D-печать), пусть LS станет вашей надежной поддержкой в ​​стремлении к максимальной точности печати!