In 3D , còn được gọi là sản xuất phụ gia, đã cách mạng hóa ngành sản xuất bằng cách cung cấp một cách sáng tạo để sản xuất hình học và lớp các bộ phận phức tạp từng lớp. Khi công nghệ tiến bộ, In 3D kim loại đã thu hút được sự chú ý đáng kể do khả năng sản xuất các thành phần bền bỉ, bền bỉ trên nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không vũ trụ đến các thiết bị y tế. Bài viết này sẽ khám phá các vật liệu khác nhau được sử dụng trong in 3D kim loại , giải thích các đặc điểm, lợi thế và trường hợp sử dụng tốt nhất của chúng.

Giới thiệu về in 3D kim loại

In 3D kim loại là một thuật ngữ ô bao gồm một số quy trình sản xuất phụ gia đặc biệt để tạo ra các bộ phận kim loại. Các quá trình này thường được đặc trưng bởi các bộ phận xây dựng từng lớp bằng cách sử dụng bột kim loại, sợi hoặc dây, được hợp nhất cùng với sự trợ giúp của các kỹ thuật tiên tiến như tan chảy laser chọn lọc (SLM) hoặc thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS) . Các phương pháp này cho phép các nhà sản xuất tạo ra các bộ phận có hình học phức tạp sẽ khó hoặc không thể sản xuất bằng phương pháp sản xuất truyền thống.

Trong in 3D kim loại, các vật liệu thường được xử lý thông qua thiêu kết, hàn hoặc tan chảy, với công nghệ hợp nhất giường bột là một phương pháp thường được sử dụng. Bài viết này sẽ tập trung vào bốn trong số các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong in kim loại 3D Thép, thép công cụ, Titanium và Inconel® 625 tựa và khám phá các ứng dụng, lợi ích của chúng và các quy trình liên quan đến in với các tài liệu này.

1. Thép không gỉ

Tổng quan

Thép không gỉ là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong in 3D kim loại do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, cường độ cao và kết thúc mịn. Vật liệu này thường được sử dụng trong hàng không vũ trụ, ô tô, phần cứng quân sự và các ứng dụng y tế. Các bộ phận được in từ thép không gỉ có thể thể hiện sức mạnh vượt trội khi so sánh với các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp sản xuất truyền thống, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi.

Các loại thép không gỉ trong in 3D

Thép không gỉ được sử dụng trong in 3D có một số lớp và hợp kim. Hợp kim thép không gỉ được sử dụng phổ biến nhất trong in 3D kim loại là 316L, được biết đến với độ dẻo và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nó chứa 66-70% sắt, cùng với crom 16-18%, 11-14% niken và 2-3% molybdenum, với hàm lượng carbon thấp. Hợp kim này đặc biệt chống lại quá trình oxy hóa và ăn mòn, làm cho nó trở thành một lựa chọn hàng đầu cho các bộ phận tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.

Các hợp kim bằng thép không gỉ khác được sử dụng trong in 3D kim loại bao gồm:

• 304L: Được biết đến với khả năng chống ăn mòn tốt và khả năng hàn, phù hợp cho các ứng dụng đa năng.

• 17-4 pH : Thép không gỉ làm cứng kết tủa với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn.

• 15-5 pH : Một loại thép cứng khác có tính chất tương tự như 17-4 pH nhưng với độ bền được cải thiện.

Ưu điểm của thép không gỉ trong in 3D

• Sức mạnh và độ bền : Thép không gỉ cung cấp sức mạnh cơ học cao, làm cho nó lý tưởng cho các bộ phận tiếp xúc với căng thẳng.

• Khả năng chống ăn mòn : Hàm lượng crom đảm bảo khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường axit hoặc nước muối.

• Kháng cáo thẩm mỹ : Các bộ phận bằng thép không gỉ được in bằng phương pháp in 3D kim loại có thể đạt được kết thúc trơn tru, khiến chúng trở nên hấp dẫn.

Ứng dụng

Thép không gỉ được sử dụng trong một loạt các ngành công nghiệp, bao gồm hàng không vũ trụ cho các bộ phận tuabin, ô tô cho các bộ phận xả khí và y tế cho cấy ghép và công cụ phẫu thuật. Khả năng xử lý nhiệt độ cao và chống ăn mòn là vô giá trong các ứng dụng này.

2. Thép công cụ

Tổng quan

Thép công cụ là một nhóm các hợp kim dựa trên sắt được đặc trưng bởi hàm lượng carbon cao của chúng và sự hiện diện của các yếu tố hợp kim như vonfram, crom, vanadi và molypden. Những loại thép này nổi tiếng với độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng giữ lại sức mạnh ở nhiệt độ cao. Như vậy, thép công cụ thường được sử dụng trong việc sản xuất các công cụ và khuôn mẫu cần độ bền và độ chính xác.

Các loại thép công cụ trong in 3D

Một số loại thép công cụ được sử dụng trong in 3D kim loại , bao gồm:

• Thép công cụ D2 : Một loại thép có carbon cao, nhiễm sắc thể cao được biết đến với độ cứng và khả năng chống mài mòn, lý tưởng cho các dụng cụ cắt và khuôn.

• M2 Tool Steel : Một loại thép tốc độ cao được sử dụng trong các dụng cụ cắt và thiết bị khoan.

• H13 Tool Steel : Một loại thép công cụ làm việc nóng duy trì độ cứng và sức mạnh của nó ngay cả ở nhiệt độ cao, thường được sử dụng trong khuôn đúc.

• 1.2709: Một thép có độ bền cao, hợp kim thấp thường được sử dụng để phun và dụng cụ phun.

Ưu điểm của thép công cụ trong in 3D

• Độ cứng cao : Thép công cụ cung cấp độ cứng đặc biệt và khả năng chống mài mòn, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các bộ phận trải qua ma sát đáng kể hoặc căng thẳng cơ học.

• Tính ổn định nhiệt : Những thép này duy trì sức mạnh của chúng ở nhiệt độ cao, rất quan trọng đối với các thành phần được sử dụng trong các ứng dụng làm việc nóng.

• Độ chính xác và độ bền : Thép công cụ là hoàn hảo để sản xuất khuôn, dụng cụ cắt và các bộ phận có độ chính xác cao khác đòi hỏi độ bền và khả năng chống mòn.

Ứng dụng

Thép công cụ rất cần thiết trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và sản xuất. Chúng được sử dụng để tạo ra các công cụ cắt, khuôn, khuôn và các thành phần dụng cụ khác cần phải chịu được nhiệt độ cao và hao mòn theo thời gian.

3. Titan

Tổng quan

Titanium là một vật liệu được sử dụng rộng rãi khác trong in 3D kim loại , được biết đến với sức mạnh, trọng lượng thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và y tế do khả năng chịu được tải trọng cơ học cao trong khi vẫn nhẹ. Ngoài ra, hợp kim Titan cung cấp khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép không gỉ, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.

Các loại titan trong in 3D

Các hợp kim titan phổ biến nhất được sử dụng trong in 3D kim loại bao gồm:

• Ti-6AL-4V : Hợp kim titan được sử dụng rộng rãi nhất trong in 3D kim loại , được biết đến với độ bền cao, trọng lượng thấp và khả năng chống ăn mòn tốt.

• CP-Ti (titan tinh khiết thương mại): Một loại titan có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời nhưng cường độ thấp hơn so với hợp kim.

• Beta 21s : Một hợp kim titan có sức mạnh cao và khả năng chống mỏi, thường được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ.

• TA15 : Một hợp kim titan với sức mạnh mệt mỏi đặc biệt, thường được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và y tế.

Ưu điểm của titan trong in 3D

• Nhẹ : Titanium nhẹ hơn đáng kể so với hầu hết các kim loại, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong đó giảm cân là rất quan trọng.

• Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao : Hợp kim Titan cung cấp sức mạnh vượt trội trong khi duy trì trọng lượng thấp, một đặc tính quan trọng trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ và y tế.

• Kháng ăn mòn : Titanium cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong các môi trường khắc nghiệt như nước biển hoặc môi trường axit.

Ứng dụng

Titanium được sử dụng trong không gian vũ trụ cho các thành phần máy bay, trong y học cho cấy ghép và chân giả, và trong ô tô cho các bộ phận hiệu suất. Sức mạnh cao và bản chất nhẹ của nó làm cho nó trở thành một vật liệu đa năng cho các ngành công nghiệp đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy.

4. Inconel® 625

Tổng quan

Inconel® 625 là một superalloy dựa trên niken được biết đến với sức mạnh đặc biệt và khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Nó có thể duy trì sức mạnh và tính chất của nó ngay cả ở nhiệt độ cao, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các môi trường khắc nghiệt như các ngành công nghiệp chế biến biển, năng lượng và hóa chất. Inconel® 625 có khả năng chống oxy hóa cao, làm cho nó phù hợp với các bộ phận sẽ tiếp xúc với các hóa chất khắc nghiệt, nhiệt độ cao và ăn mòn.

Ưu điểm của Inconel® 625 trong in 3D

• Sức mạnh cao : Inconel® 625 vẫn giữ được sức mạnh của nó ngay cả ở nhiệt độ lên tới 1.000 ° C (1.832 ° F), làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao.

• Kháng ăn mòn : Kháng đối với quá trình oxy hóa và ăn mòn làm cho nó lý tưởng cho các ngành công nghiệp biển, hóa học và năng lượng.

• Điện trở nhiệt độ : Nó có thể hoạt động ở nhiệt độ cao mà không mất tính chất cơ học của nó, làm cho nó phù hợp với động cơ, tuabin và các thành phần nhiệt cao khác.

Ứng dụng

Inconel® 625 được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ cho các lưỡi tuabin, trong các ứng dụng biển cho cánh quạt và bộ trao đổi nhiệt, và trong lĩnh vực năng lượng cho các bộ phận hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao.

Tấm thép không gỉ

Tấm thép công cụ

TITANIUM SEP

Tờ 625

Cách in 3D kim loại hoạt động

kim loại In 3D thường liên quan đến việc sử dụng bột kim loại, được hợp nhất lớp theo từng lớp bằng cách sử dụng laser công suất cao hoặc dầm electron. Quá trình bắt đầu bằng việc trải lớp bột đầu tiên lên một nền tảng xây dựng. Một chùm tia laser hoặc electron sau đó có chọn lọc làm tan chảy hoặc thi đấu với bột, tạo thành một lớp của bộ phận. Sau khi mỗi lớp hoàn thành, nền tảng xây dựng được hạ xuống và một lớp bột mới được trải đều trên lớp trước. Quá trình này tiếp tục cho đến khi toàn bộ phần được hình thành.

Các phương pháp in 3D khác nhau sử dụng các vật liệu khác nhau, bao gồm bột, dây và dây tóc, nhưng các phương pháp dựa trên bột, như tan chảy laser chọn lọc (SLM) và thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS) , là phổ biến nhất cho in 3D kim loại . Các phương pháp này cho phép tạo ra các bộ phận với hình học phức tạp sẽ khó sản xuất bằng các phương pháp truyền thống.

Cách chọn vật liệu tốt nhất cho in 3D kim loại

Chọn vật liệu tốt nhất cho dự án in 3D kim loại yêu cầu đánh giá các thuộc tính của vật liệu và cách chúng phù hợp với các yêu cầu hiệu suất của bộ phận. Các yếu tố cần xem xét bao gồm:

1. Tính chất cơ học : Vật liệu có cung cấp sức mạnh, độ cứng và khả năng chống hao mòn cho ứng dụng không?

2. Khả năng chống ăn mòn : vật liệu có tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, đòi hỏi khả năng chống oxy hóa và ăn mòn?

3. Điện trở nhiệt độ : Một phần cần phải chịu được nhiệt độ cao mà không làm giảm hoặc mất tính chất của nó?

4. Chi phí : Chi phí của vật liệu và quy trình in 3D có thể thay đổi, vì vậy điều quan trọng là chọn một tài liệu phù hợp trong ngân sách của dự án.

Bằng cách đánh giá các yếu tố này và so sánh chúng với các thông số kỹ thuật của các vật liệu có sẵn, các nhà sản xuất có thể chọn vật liệu tốt nhất cho nhu cầu in 3D cụ thể của họ .

Phần kết luận

In kim loại 3D đã cho phép các nhà sản xuất sản xuất các bộ phận hiệu suất cao với hình học phức tạp và việc chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng đối với sự thành công của dự án. bằng thép không gỉ , Thép công cụ , Titanium , và Inconel® 625 chỉ là một vài trong số các vật liệu thường được sử dụng trong in 3D kim loại . Mỗi tài liệu cung cấp các lợi thế riêng biệt tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, từ hàng không vũ trụ đến ngành y tế và ô tô. Hiểu các thuộc tính của các tài liệu này và cách chúng phù hợp với các yêu cầu của dự án là chìa khóa để đưa ra lựa chọn vật liệu phù hợp để in 3D.