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Quelles sont les technologies grand public pour l'impression 3D en acier inoxydable?

L'impression 3D en acier inoxydable est largement utilisée dans la fabrication haut de gamme , et la comparaison des trois technologies de qualité industrielle traditionnelles est la suivante:

1. DMLS (frittage laser en métal direct)

• Principe technique: fibre haute puissance ou co₂ laser sinters en acier inoxydable couche de poudre par couche pour atteindre la liaison métallurgique , épaisseur de couche 20 - 50 μm, précision ± 0,05 mm.
De la couche 20 - 50 μm, précision ± 0,05 mm. La couche
• Avantages: Convient aux cavités internes complexes, post-traitement simple, peut être directement utilisée comme parties fonctionnelles.
• Application: dispositifs médicaux (guides chirurgicaux, etc.), pièces de moteur automobile légères.
• Limites: coût élevé de l'équipement (environ 800 000 $ / unité), taux d'utilisation de la poudre de 85%.

2. SLM (fusion au laser sélectif)

• Principe technique: le laser fond complètement la poudre en acier inoxydable (par exemple 316L) avec une densité> 99,5% et répond aux normes d'aviation.
• Avantages: les propriétés mécaniques sont proches des pièces forgées, et l'efficacité de plusieurs lasers peut être améliorée de 50%.
• Applications: aérospatiale (moteurs de fusée, etc.), énergie (pipelines réacteurs nucléaires, etc.).
• Limites: le stress résiduel est important et le coût est augmenté de 20% en raison de la nécessité de traitement post-HIP.

3. Jet de liant

• Principe technique: Moulage de liant de couches de couche par couche, fritté en argon à 1350 ° C, densité du corps vert 96% - 99%.
• Avantages: 40% de réduction des coûts, pas de soutien, adapté à la production de masse, vitesse d'impression rapide.
• Application: Moule industriel (inserts de moisissure d'injection, etc.), décoration architecturale (composants artistiques, etc.).
• Limites: 20% de retrait de frittage, compensation de taille, propriétés mécaniques de 80% à 90% de pièces SLM.

Guide de comparaison et de sélection de la technologie

DMLS et les technologies SLM se concentrent sur les parties de précision à haute performance , tandis que la moulage par injection de liant convient plus à la production de masse à faible coût. Les entreprises doivent choisir la meilleure solution en fonction des exigences de performance des pièces, du budget et de l'échelle de production.

Les imprimantes 3D à domicile peuvent-elles gérer "fil en acier inoxydable"?

Les imprimantes 3D ne peuvent pas imprimer de véritables matériaux en acier inoxydable . Les "filaments en acier inoxydable" sur le marché, tels que le PLA métallique et le filament en acier inoxydable, sont essentiellement des matériaux composites contenant des charges en plastique et en métal, principalement utilisées pour la décoration ou la fabrication de modèles à faible résistance, et les performances des pièces imprimées en acier inoxydable en acier inoxydable de qualité industrielle sont assez différentes.

1. Caractéristiques du fil composite métallique

Propriétés des ingrédients

Environ 80% des consommables sont PLA / PETG Plastic , 20% en poudre en acier inoxydable, etc. HRC 15 - 20 (acier inoxydable HRC 30 - 45). Fonctionnellement, il est presque non conducteur (résistivité> 10⁶Ω ・ M, acier inoxydable 7 × 10⁻⁷Ω ・ m), conductivité thermique 0,2 W / m ・ K (acier inoxydable 15 W / m ・ K), résistance à la température <80 ° C (acier inoxydable>). 500 ℃）。

Points d'impression et résultats finis

Pour utiliser une imprimante FDM, La buse doit être remplacée par de l'acier durci ou du rubis (pour empêcher la poudre en acier inoxydable de porter) et la température d'impression devrait être augmentée à 210 - 230 ° C (PLA normal - 210 ° C). Le produit fini a une sensation métallique mate, qui nécessite un post-traitement pour avoir un éclat métallique, et la liaison intercouche est mauvaise, facile à casser et non résistant aux charges mécaniques.

Comparaison avec une véritable impression 3D en acier inoxydable

3. Scénarios applicables et rappels de consommation
Scénarios applicables

Il peut être utilisé comme modèle décoratif, comme les bijoux, les accessoires et les modèles architecturaux; Structures à faible chargement à chargement non chargées, telles que les supports d'affichage et les ensembles d'engrenages; Il est utilisé pour les expériences de post-traitement en surface pour simuler la texture métallique.

Trapes de consommation

Les marchands utilisent un "fil en acier inoxydable" pour induire les consommateurs induit en erreur et couvrir l'essence du plastique; La résistance exagérée, la soi-disant «résistance à grade de métal» n'est que de 30% à 50% plus élevée que le PLA; Il est implicite qu'il peut être utilisé pour les pièces mécaniques, mais il ne peut pas réellement remplacer les pièces fonctionnelles métalliques.

4. Solutions de pièces métalliques fonctionnelles

Si vous avez besoin de pièces métalliques fonctionnelles, vous pouvez les externaliser à un fournisseur de services professionnelles et les imprimer avec la technologie SLM / DMLS, avec un seul coût de 100 à 500 yuans (selon le degré de complexité); Les métaux à faible fondu (par exemple, les alliages d'étain) peuvent également être coulés à froid dans des moules à résine d'impression 3D à domicile, mais avec une précision et une résistance limitées.

Lors de l'achat de "consommables métalliques", les consommateurs doivent vérifier la fiche technique du matériau (MSD) pour confirmer le contenu en poudre métallique et les paramètres de performance pour éviter d'être induit en erreur. Les imprimantes 3D à domicile ne peuvent pas imprimer un véritable acier inoxydable, et si des performances en métal sont requises, une technologie d'impression 3D en métal de qualité industrielle est requise.

Combien coûte l'impression 3D en acier inoxydable?

le coût de l'impression 3D en acier inoxydable varie considérablement en fonction du chemin technologique. En prenant un composant de 100 mm³ (sur la taille d'une paume) à titre d'exemple, la structure des coûts et la rentabilité des différentes solutions sont les suivantes:

1. Coût d'impression 3D du métal industriel

DMLS / SLM Technology
Le coût d'une seule pièce est d'environ 380 à 500 yuans (y compris le post-traitement).

• Amamorations de l'équipement: Sur la base de la dépréciation à 5 ans et du taux d'utilisation de 70% de l'équipement de 1 million de dollars, le coût est d'environ 120-200 yuans;
• Powder en acier inoxydable: Le prix unitaire de la poudre de 316L est de 80 à 150 yuans / kg, le matériau des pièces est d'environ 0,2 kg et le coût est de 16 à 30 yuans;
• Post-traitement: 80 - 150 yuans pour la finition de la hanche et du CNC, le polissage de surface, etc .;
• Coûts de main-d'œuvre et de gaz: la consommation d'argon et l'exploitation des techniciens coûtent 50 à 100 yuans.
• Convient aux composants fonctionnels de haute précision tels que les articulations aérospatiales, les implants médicaux.

Technologie de jet de liant

Le coût d'une seule pièce est de 200 à 300 yuans, et il peut être réduit à 150 yuans / pièce en production de masse.

• Amortissement de l'équipement: coût de l'équipement de 500 000 dollars américains, coût diluable de la production de masse, environ 50 à 80 yuans pour une seule pièce;
  POUDRE ET BINDER: Le prix unitaire des matériaux est de 40 à 60 yuans / kg, le matériau utilisé en parties est d'environ 0,3 kg, et le coût est de 12 à 18 yuans;
• Coût de frittage: 1350 ° C La consommation d'énergie de la fournaise argon et la structure de support Coût de démantèlement 70 - 120 yuans;
• post-traitement: le traitement du sable et de l'imprégnation coûte 30 à 50 yuans.
• Il convient à la production de masse de parties structurelles simples, telles que des coffrages industriels et des parties de décoration architecturale.

2. COST D'UN PLAN «Pseudo-métal» Home

Le fil composite métallique (processus FDM) est utilisé et le coût unitaire est de 50 à 80 yuans, ce qui ne convient que pour le prototypage d'apparence.

• Coût du fil: Le prix unitaire de la tige de fil PLA "en acier inoxydable" est de 30 à 50 yuans / kg, le matériau utilisé pour les pièces est d'environ 0,1 kg et le coût est de 3 à 5 yuans;
• Perte d'équipement: usure de buse en acier durcie et augmentation de la charge du moteur, perte de 10 à 20 yuans;
• Post-traitement: électroplations, peinture pour simuler la texture métallique, le coût est de 40 à 60 ans.

Cependant, ces pièces ne sont que 1/8 la résistance de l'acier inoxydable réel et peuvent résister à des températures inférieures à 80 ° C, ce qui les rend inadaptés aux applications de charge, à haute température ou électriquement conductrices.

3. Guide de comparaison des coûts et de sélection

4. Stratégies pratiques pour réduire les coûts

Optimisation de la conception: réduction de poids de 30% et économies de coûts de matériau à 20% grâce à l'optimisation de la topologie; Réduisez les structures avec un angle d'inclinaison de moins de 45 °, réduisant les structures de support et les coûts de post-traitement.

Production de masse: la technologie de jet de liant produit plus de 10 pièces et le prix unitaire peut être réduit de 30%; Choisissez des services de location d'équipements industriels partagés tels que la xométrie et les protoLabs pour réduire l'investissement des équipements.

Substitution intérieure: Le prix unitaire de la poudre de 316L domestique est réduit à 60 yuans / kg (importé plus de 100 yuans); Le coût d'approvisionnement des équipements intérieurs tels que Huashu Hi-Tech est de 40% inférieur à celui des importations.

5. Comparaison des cas réels

Prenez un équipement en acier inoxydable avec un diamètre de 50 mm et une épaisseur de 10 mm à titre d'exemple:

• Solution DMLS: 420 RMB / pièce (y compris le traitement de la hanche et le polissage), durée de vie de 100 000 tr / min;
• jet de liant: Lorsque la production de masse de 50 pièces, le prix unitaire est de 180 yuans / pièce, et la durée de vie est de 30 000 tr / min;
• Impression par fil ménage: 70 yuans / pièce, la dent est cassée après avoir exécuté 500 tr / min

Dans l'ensemble, la solution de qualité industrielle convient aux besoins à haute performance, et le fil "pseudo-métal" ménagers est uniquement pour l'apparence. Lorsque les budgets sont limités et que les propriétés métalliques sont nécessaires, la technologie de jet de liant peut être utilisée pour la production de masse ou l'usinage externalisé de composants complexes.

Quelles industries ont appliqué l'impression 3D en acier inoxydable?

L'impression 3D en acier inoxydable a été commercialisée dans de nombreuses industries en raison de ses avantages uniques, et les éléments suivants sont des champs et cas typiques:

1. Aérospatial: léger et haute performance

CHETURE DU POINT: NAS 4130 L'AI-ACIER SOIXEUX POUR LES Lignes de carburant additive GE a été imprimée par DMLS, la topologie optimisée pour une réduction de poids de 40% et a passé des tests de pression en rafale de la NASA supérieurs à 50 MPA.

Avantages: 20 parties sont intégrées, réduisant le risque de fuite de soudure; Résistance à la température à 650 ° C; Réduction des coûts de 30% et des temps de cycle de 12 semaines à 3 semaines.

2. Implantation médicale: biocompatibilité et ostéosopintégration

Cas au point: EOS a fabriqué un implant orthopédique poreux de 316L avec SLM avec une porosité de 65%, taille des pores 300 - 800 μm, Module élastique 3 - 4gpa, clairance FDA 510K.

Avantages: favorise la croissance des cellules osseuses et réduit le temps de guérison de 40%; CT / IRM compatible, pas d'artefacts en alliage en titane; Le micro-texturation au laser inhibe la fixation bactérienne de 90%.

3. Équipement énergétique: chemins d'écoulement résistants à la corrosion et complexes

Case au point: Siemens utilise SLM pour imprimer une chambre de combustion de turbine à gaz en matériau de gradient Inconel 625 / 316L avec des canaux de refroidissement conformes de 0,8 mm d'épaisseur et une résistance à haute température de 980 ° C.

Avantages: 50% d'amélioration de l'efficacité de refroidissement et une durée de vie de la turbine prolongée à 80 000 heures; 15% de réduction des émissions de NOx; Le coût est de 25% inférieur à celui traditionnel à 12 000 $ par unité.

4. Bijoux haut de gamme: personnalisation et innovation matérielle

Case: un anneau hybride en acier à l'or 18K est imprimé simultanément par DMLS avec une résistance à la liaison d'interface de 200 MPa pour résoudre le délaminage des métaux différents.

Avantage: 0,1 mm Soulagement ouvert (non possible avec la tradition); Réduction de 70% des coûts des matériaux (réduction de 90% de la consommation d'or); Chauffage de gradient sous gaz inerte pour éviter la ségrégation en fer or.

5. Fabrication d'automobile: allégation et intégration fonctionnelle

CHETURE DU POINT: Les étriers de frein électrique électriques en acier inoxydable de Porsche en 17 - 4ph en SLM ont une limite d'élasticité H900 de 1300 MPA après traitement thermique, qui est 20% plus léger que l'alliage d'aluminium.

Avantages: canal hydraulique intégré et fente de capteur, 15 pièces d'assemblage de moins; La résistance à la température et à l'usure des plaquettes de frein est augmentée de 3 fois; Production à petite échelle à partir de 2023.

Comparaison des applications de l'industrie et indicateurs techniques clés

Comment résoudre les défauts de performance des impressions en acier inoxydable?

L'impression 3D en acier inoxydable est affectée par le processus , et les pièces imprimées sont sujettes à des défauts tels que la porosité, la rugosité de surface, le stress résiduel, et peuvent être améliorés avec l'aide de la technologie post-processeur pour répondre aux applications industrielles. Le schéma spécifique est le suivant:

1. Gestion des défauts internes

• Pressage isostatique chaud (HIP): traité à 1120 ° C, argon 100MPA pendant 4 heures, en utilisant la déformation plastique et le soudage de diffusion pour éliminer la porosité. Il peut réduire la porosité de 0,5% à moins de 0,02% (selon ASTM F3055), de sorte que la durée de vie de la fatigue de 316L peut être augmentée de 10⁵ cycles à 10⁶ cycles, et le coût est d'environ 80 à 150 yuans / kg, représentant 20% à 30% du coût total des pièces.
• recuit de vide: Tenez à 900 - 1050 ° C pendant 2 heures et refroidissez à température ambiante à moins de 5 ° C / min pour libérer plus de 90% du stress résiduel, réduire le risque de déformation et augmenter l'allongement des matériaux de 15% à 30%.

2. Amélioration de la qualité de la surface

• Electropolishing: 30% d'acide phosphorique et 5% d'acide sulfurique mélangé à 50 à 15 minutes, réduisant la rugosité de surface de 12 μm à 0,8 μm (selon ASTM B9002
• Sandblasting Mechanical Polishing: Sandblasting with 50 - 100μm glass beads at a pressure of 0.3 - 0.5MPa to remove the sticking powder, and then grinding with 800 - 1200 mesh CNC diamond to the mirror surface (Ra <0.1μm), suitable for appearance parts and food-grade équipement.

3. L'amélioration fonctionnelle signifie

• Revêtements de dépôt de vapeur physique (PVD): les revêtements en étain peuvent être déposés pour la dureté de surface jusqu'à HV 2400 et un coefficient de frottement jusqu'à 0,15, tandis que les revêtements CRALN sont résistants à la température à 900 ° C pour les composants à haute température. Un revêtement de 2 à 5 μm est requis à un niveau de vide <5 × 10⁻³pa, un courant cible de 80 à 120 A et un courant cible de 400 à 500 ° C avec une force de liaison de plus de 80 N (selon ISO 26443).
• Remulting de surface laser (LSR): un laser à haute énergie scanne la surface deux fois, formant une couche microcristalline dense avec des grains inférieure à 1 μm, augmentant la dureté de surface de HV 200 à HV 400 et augmentant la résistance à l'usure par un facteur de 4 (selon ASTM G65 Test d'abrasion).

4. Précision de la méthode de réparation

• CNC Machining (CNC) Finition : outils en carbure pour le bravo, avec une suppression de stock de 0,2 à 0,5 mm pour corriger les écarts de grande dimension; Outils CBN pour terminer avec une suppression de stock de 0,05 à 0,1 mm, garantissant une précision de ± 0,01 mm, à un coût de 15% à 25% du coût de fabrication total.
• Algorithme d'étalonnage adaptatif: obtenir des données par balayage 3D avec une précision de ± 5 μm, et effectuer un pré-retour de 0,1 ° à 0,5 ° du modèle CAO en fonction de la loi de déformation du processus SLM pour générer un chemin d'usinage compensé et améliorer la précision dimensionnelle.

5. Guide de sélection de la solution de post-traitement

cas typiques

Avec un processus "imprimé et finish" bien planifié, les performances globales des impressions 3D en acier inoxydable peuvent correspondre ou même dépasser celles de la fabrication traditionnelle. En particulier dans les champs de grande valeur tels que l'aérospatiale et le médical, bien que les coûts de post-traitement représentent 40% à 60%, il est indispensable d'assurer la qualité du produit. Avec la mise en œuvre de la norme post-traitement ISO / ASTM 52928, la fabrication d'additive en acier inoxydable accélérera vers la production à grande échelle.

Résumé

3D Les imprimantes sont entièrement capables d'imprimer en acier inoxydable , mais ils doivent s'appuyer sur la technologie de fabrication d'additif métallique à grade industrie couche par couche pour obtenir un moulage de haute précision de pièces structurelles complexes. Ses propriétés mécaniques peuvent atteindre plus de 90% des formes traditionnelles, et il a été appliqué avec succès à des champs haut de gamme tels que des composants aérospatiaux légers, des implants médicaux poreux et un équipement résistant à la corrosion énergétique. Bien qu'il soit actuellement confronté à des défis tels que des coûts d'équipement élevés (plus de 500 000 dollars par unité) et des processus complexes de post-traitement, avec la vulgarisation de l'équipement domestique, la normalisation des matériaux de poudre et l'optimisation des processus d'IA, l'impression 3D en acier inoxydable passe de la fabrication prototype à la production de masse à grande échelle. Au cours des cinq prochaines années, il devrait obtenir une percée de plus de 30% de réduction des coûts des domaines automobile, construction et autres domaines, et révolutionner complètement la chaîne de l'industrie de la fabrication des métaux.

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FAQS

1. Toutes les imprimantes 3D peuvent-elles imprimer en acier inoxydable?

Non. Seules les imprimantes 3D métalliques de qualité industrielle (telles que celles utilisant SLM (Mélange laser sélective) ou DMLS (technologie de frittage laser en métal direct) peuvent imprimer l'acier inoxydable. Ces équipements utilisent des lasers ou des poutres d'électrons à haute énergie pour faire fondre la poudre en acier inoxydable (comme 316L, 17-4ph), tandis que les imprimantes FDM ordinaires ne peuvent pas atteindre le point de fusion de l'acier inoxydable (environ 1400 ° C) et manquent d'un environnement de protection des gaz inerte. Ils ne peuvent imprimer que des filaments en plastique contenant des charges métalliques et ne peuvent pas obtenir de véritables pièces fonctionnelles en acier inoxydable.

2. Quels matériaux spéciaux sont nécessaires pour imprimer l'acier inoxydable?

Les poudres sphériques en acier inoxydable de 15-45 μm qui répondent aux normes de l'industrie doivent être utilisées (par exemple, 316L doit rencontrer ASTM F3184). La poudre doit avoir une sphéricité élevée (> 95%) et une faible teneur en oxygène (<0,1%) pour assurer une bonne fluidité pendant l'impression et éviter l'embrimeries d'oxydation. Les fils métalliques ordinaires (tels que "PLA en acier inoxydable") sont essentiellement en plastique mélangés à des poudres métalliques, avec une résistance inférieure à 1/8 de celle de l'acier inoxydable réel, et ne conviennent qu'à des fins décoratives.

3. Les pièces imprimées en acier inoxydable peuvent-elles être utilisées dans des scénarios industriels?

Absolument! Les pièces imprimées en 3D en acier inoxydable de qualité industrielle ont passé de nombreuses certifications internationales et ont été placées dans une application pratique. Par exemple, la buse de carburant en acier inoxydable 316L de GE Additive fabriquée à l'aide de la technologie SLM a passé la certification de l'aviation NAS 4130 et a été utilisée avec succès dans les moteurs Leap, atteignant une réduction de poids de 40% et une augmentation de 5 fois de la durée de vie; Dans le domaine médical, les implants orthopédiques poreux d'EOS (porosité 65%) ont été approuvés par la FDA pour favoriser la croissance des cellules osseuses et raccourcir le cycle de récupération. Après une pression isostatique chaude (hanche) et un polissage électrolytique, les pièces imprimées ont une résistance à la traction de 500-800 MPA et une résistance à la corrosion équivalente aux pièces forgées, en rencontrant pleinement des scénarios à haute demande tels que l'énergie et l'aérospatiale.

4. Le coût de l'impression 3D en acier inoxydable est-il si élevé qu'il est difficile à populariser?

Bien que le coût soit plus élevé, il a été considérablement réduit et optimisé en permanence. Le coût d'une pièce unique de qualité industrielle est d'environ 200 à 500 (y compris le post-traitement), tels que les composants du moteur SuperDraco de SpaceX, qui intègrent 18 parties dans 1 via la technologie DMLS, et le coût total est réduit de 30%. Technologie de jet de liant Dans la production de masse, une seule pièce peut être appuyée à moins de 150 $ (par exemple, les moules industriels). La vulgarisation des équipements domestiques (tels que BLT) et des systèmes de poudre ouverte devrait réduire le coût complet de 30% en 2025, et la popularisation s'accélérera à l'avenir dans les domaines des automobiles et de la construction.

Gloria

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