Základem vývoje je průlom v kovovém 3D tiskovém materiálu
Kovové 3D tiskové materiály jsou důležitým materiálovým základem pro vývoj technologie 3D tisku kovů. O tom, zda lze 3D tisk více využít, do jisté míry rozhoduje vývoj materiálů. V současnosti mezi kovové materiály pro 3D tisk patří především technické plasty, fotocitlivé pryskyřice, pryžové materiály, kovové materiály a keramické materiály. pole bylo použito. Tyto suroviny používané v kovovém 3D tisku jsou speciálně vyvinuty pro kovová 3D tisková zařízení a procesy, které se liší od běžných plastů, sádry, pryskyřic atd., a jejich formy jsou obecně práškové, vláknité, lamelární a tekuté. Počkejte. Obvykle, v závislosti na typu tiskového zařízení a provozních podmínkách, se velikost částic použitých práškových kovových materiálů pro 3D tisk pohybuje od 1 do 100 μm, a aby byla zachována dobrá tekutost prášku, je obecně požadováno, aby měl prášek vysoký stupeň sféricity. .
Výzkum a vývoj a průlom v kovových 3D tiskových materiálech jsou základem pro propagaci a aplikaci technologie kovového 3D tisku a také základní zárukou uspokojivého tisku. Jedním z nich je posílení výzkumu a vývoje materiálů a vytvoření kompletního systému tiskových materiálů. V posledních letech se kovové materiály pro 3D tisk rychle rozvíjely. V roce 2013 se tisk kovových materiálů zvýšil o 28 procent a v roce 2014 dosáhl více než 30 procent, což představuje asi 12 procent kovových materiálů pro 3D tisk. Kovové materiály jsou především titan, hliník, ocel a nikl. Titanové slitiny, vysokoteplotní slitiny, nerezová ocel, zápustková ocel, vysokopevnostní ocel, legovaná ocel a hliníkové slitiny mohou být použity jako tiskové materiály a jsou široce používány při výrobě a opravách zařízení a repasování. V současnosti však neexistuje systém materiálů pro kovový 3D tisk a stávající materiály ani zdaleka neodpovídají potřebám kovového 3D tisku.
Materiály používané pro laserové stereoformování jsou převážně kovové inertní materiály a dalším krokem je vyzkoušet další aktivní kovové tiskové materiály. Kovové prášky tradičně používané v práškové metalurgii nemohou plně vyhovět požadavkům 3D tisku a v současné době existuje jen málo druhů kovových materiálů, které lze pro tisk použít a cena je poměrně vysoká. Existuje několik zahraničních společností, které se specializují na kovový prášek pro 3D tisk, jako je Sulzer Metco ve Spojených státech a Sandvik ve Švédsku, ale mohou poskytnout pouze několik běžných kovových prášků. Tuzemský materiálový výzkum a vývoj poměrně zaostává a tiskový prášek je příliš drahý. Protože cyklus materiálového výzkumu a vývoje je dlouhý a výzkum a vývoj je obtížnější než u zařízení, podniky se zdráhají provádět materiálový výzkum a vývoj z maximalizace zájmů. Huanghe Cyclone Co., Ltd. je jedním z mála tuzemských podniků zabývajících se výrobou diamantového mikroprášku a CBN mikroprášku. Univerzitní výzkum se také zajímá o zařízení a software pro 3D tisk, takže tiskové materiály do značné míry omezují vývoj a aplikaci technologie 3D tisku kovů.
Kovové prášky
Kovové prášky používané při 3D tisku obecně vyžadují vysokou čistotu, dobrou kulovitost, úzkou distribuci velikosti částic a nízký obsah kyslíku. Mezi kovové práškové materiály používané v 3D tisku v současnosti patří především slitiny titanu, slitiny kobaltu a chrómu, materiály z nerezové oceli a slitin hliníku, kromě zlata, stříbra a dalších práškových materiálů z drahých kovů používaných pro tisk šperků. Kovový prášek pro 3D tisk, jako nejdůležitější článek v řetězci kovových dílů v průmyslu 3D tisku, je také místem, kde leží největší hodnota.
Na „World 3D Printing Technology Industry Conference 2013“ dali autoritativní odborníci na světový 3D tiskařský průmysl jasnou definici 3D tiskového kovového prášku, který se týká skupiny kovových částic, jejichž velikost je menší než 1 mm. Včetně prášku jednoho kovu, prášku slitiny a některého prášku žáruvzdorné směsi s kovovými vlastnostmi. V současné době mezi materiály kovového prášku pro 3D tisk patří slitina kobaltu a chromu, nerezová ocel, průmyslová ocel, slitina bronzu, slitina titanu a slitina hliníku niklu atd. Kromě dobré plasticity však musí kovový prášek pro 3D tisk splňovat také požadavky jemné velikost částic prášku, úzká distribuce velikosti částic, vysoká sféricita, dobrá tekutost a vysoká sypná hustota.
3D tisk z titanové slitiny
Titanová slitina má výhody vysoké teplotní odolnosti, vysoké odolnosti proti korozi, vysoké pevnosti, nízké hustoty a biokompatibility a je široce používána v letectví, chemickém průmyslu, jaderném průmyslu, sportovním vybavení a lékařském vybavení a dalších oborech. Díly z titanové slitiny připravené tradičními technikami kování a odlévání byly široce používány v high-tech oborech. Množství titanu použitého v letadle Boeing 747 dosahuje 42,7t. Výroba velkých dílů ze slitiny titanu tradičními metodami kování a odlévání však bránila jejímu širšímu uplatnění kvůli nepříznivým faktorům, jako je vysoká cena produktu, komplikovaný proces, nízká míra využití materiálu a obtížné následné zpracování. Technologie kovového 3D tisku dokáže tyto problémy zásadně vyřešit, proto se tato technologie v posledních letech stala novou technologií pro přímou výrobu dílů ze slitiny titanu. Vývoj nových slitin na bázi titanu je hlavním směrem aplikačního výzkumu slitiny titanu SLM. Vzhledem k nízkému indexu deformačního zpevnění titanu a titanových slitin (přibližně 0.15) je odolnost proti plastické smykové deformaci a odolnost proti opotřebení špatná, což omezuje použití jejích součástí za podmínek vysoké teploty a korozivního opotřebení.
3D tisk z nerezové oceli
Nerezová ocel se vyznačuje odolností proti chemické korozi, vysokou teplotní odolností a dobrými mechanickými vlastnostmi. Díky své dobré tvarovatelnosti prášku, jednoduchému procesu přípravy a nízké ceně je to nejstarší materiál používaný při 3D tisku kovů. Například Huazhong University of Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Northeastern University a další instituce provedly hloubkový výzkum kovového 3D tisku. Současný výzkum je zaměřen především na snížení poréznosti, zvýšení pevnosti a sferoidizační mechanismus kovového prášku v procesu tavení. Li Ruidi a kol. použil různé parametry procesu k provedení testů tváření SLM na prášku z nerezové oceli 304L, získal empirický vzorec pro hustotu nerezové oceli 304L a shrnul mechanismus růstu zrna.
3D tisk superslitin
Superslitiny označují třídu kovových materiálů na bázi železa, niklu a kobaltu, které mohou pracovat po dlouhou dobu při vysokých teplotách nad 600 stupňů a za určitých stresových prostředí. Má vysokou pevnost při vysokých teplotách, dobrou odolnost proti tepelné korozi a oxidaci a dobrou plasticitu a houževnatost. V současnosti ji lze podle typu slitinové matrice rozdělit zhruba na tři typy: slitiny na bázi železa, niklu a kobaltu. Vysokoteplotní slitiny se používají především ve vysoce výkonných motorech. V moderních vyspělých leteckých motorech tvoří množství vysokoteplotních slitinových materiálů 40 až 60 procent celkové hmotnosti motoru. Vývoj moderních vysoce výkonných leteckých motorů má stále vyšší požadavky na provozní teplotu a výkon superslitin. Tradiční proces metalurgie ingotů má pomalou rychlost chlazení, silnou segregaci určitých prvků a druhých fází v ingotu, špatnou zpracovatelnost za tepla, nerovnoměrnou strukturu a nestabilní výkon. Technologie 3D tisku kovů se stala novou metodou, jak vyřešit technické překážky při tváření superslitin. NASA tvrdila, že při vysokoteplotním testu zážehu provedeném 22. srpna 2014 tryska raketového motoru vyrobená technologií kovového 3D tisku vyprodukovala rekordní tah 9t.
3D tisk z hliníkové slitiny
Jako nejlehčí konstrukční slitina má hliníková slitina možnost nahradit ocel a hliníkovou slitinu v mnoha oblastech použití díky svým speciálním vysokým pevnostním a tlumicím vlastnostem. Například lehká aplikace hliníkových slitin v automobilových a leteckých součástech může snížit spotřebu paliva a emise výfukových plynů. Hliníková slitina má odbouratelnost in situ, nízký Youngův modul, pevnost blízkou lidské kosti, vynikající biokompatibilitu a má větší vyhlídky na použití než tradiční slitiny při chirurgické implantaci.
Od vzniku technologie 3D tisku kovů v 990 letech se tisk polymerních materiálů postupně soustředil na tisk kovových prášků a bylo vyvinuto velké množství nových technologií, nových zařízení a nových materiálů. aplikovaný. V současné době tempo inovací informačních technologií stále postupuje a průmyslová výroba vstupuje do nové etapy inteligence a digitalizace. V roce 2014 Německo navrhlo plán rozvoje „Industry 4.0“, který nutně způsobí převratné změny a inovace v průmyslové oblasti, a technologie 3D tisku bude silným impulsem pro rozvoj průmyslové inteligence. Technologie 3D tisku s kovovým práškem dosáhla určitých výsledků, ale materiálové úzké místo nevyhnutelně ovlivní propagaci technologie 3D tisku a technologie 3D tisku klade vyšší požadavky na materiály. Existuje mnoho druhů kovových materiálů vhodných pro průmyslový 3D tisk, ale pouze speciální práškové materiály mohou splnit požadavky průmyslové výroby.
Budoucí vývojový směr 3D tisku kovových materiálů má především tři aspekty:
Jedním z nich je, jak posílit výzkum vztahu mezi strukturou materiálu a vlastnostmi na základě existujících materiálů, dále optimalizovat parametry procesu podle vlastností materiálů, zvýšit rychlost tisku, snížit poréznost a obsah kyslíku a zlepšit kvalitu povrchu;
Druhým je vývoj nových materiálů, aby byly vhodné pro kovový 3D tisk, jako je vývoj nových materiálů s vynikající odolností proti korozi, vysokým teplotám a komplexními mechanickými vlastnostmi;
Třetím je revize a zlepšení systému technických standardů 3D tisku kovových práškových materiálů za účelem realizace institucionalizace a normalizace technických norem pro tisk kovových materiálů.