Longsheng

3D-печать металлом производит революцию в производстве с невиданной ранее скоростью, освобождая конструкторов и инженеров от традиционных ограничений. Точный выбор металлического материала открывает путь к расширению возможностей для всех этих областей применения: от высокопроизводительных компонентов аэрокосмической отрасли до отдельных медицинских приборов и сложного, лёгкого промышленного оборудования. В этой статье подробно рассматриваются основные металлы для 3D-печати, такие как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, жаропрочные сплавы, инструментальные стали и драгоценные металлы , их характеристики, соответствующие процессы и основные области применения, раскрывая безграничный потенциал аддитивного производства металлов.

Краткая справка: выберите смеситель одним взглядом

Почему стоит доверять этому руководству? Практический опыт экспертов LS

В LS мы не только досконально понимаем, но и глубоко сопереживаем вашим трудностям, связанным с воплощением высокотехнологичных идей в повторяющихся металлических деталях, будь то контроль затрат, сроки или даже точные границы сложных геометрических форм. Сочувствуя вашим трудностям, мы гарантируем вам комплексные решения для металлической 3D-печати , начиная с простого оборудования. Мы также предоставляем вам высококвалифицированных и опытных специалистов. Выбирая LS, вы выбираете опытных специалистов, которые понимают ваши потребности и стремятся помочь вам на всех этапах, от начала до конца, к оптимизированным процессам и бескомпромиссному качеству.

Наш опыт приносит вам пользу:

1. Мы поставляем пациентам-медикам индивидуальные имплантаты из титанового сплава точно в срок в течение трех дней, эффективно сокращая драгоценное время ожидания пациентов и спасая жизни.
2. Вместе с нашими клиентами из аэрокосмической отрасли мы работали над миниатюризацией структуры компонентов из алюминиевого сплава, достигнув беспрецедентного уменьшения на 40% и более, и оказывали им полную поддержку на этом пути, помогая им успешно получить строгие отраслевые сертификаты.
3. В соответствии с требованиями крупных заказчиков к точности производства мы незамедлительно и качественно изготовили приспособления из нержавеющей стали и сократили время поставки ровно вдвое по сравнению со стандартными процессами, сэкономив при этом значительную сумму денег.

Благодаря профессионализму и опыту компания LS предлагает полный спектр возможностей, позволяя вам решать проблемы на производстве и извлекать выгоду из нашего ценностного предложения.

Титановый сплав: король лёгкости и высокой прочности

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

Ti6Al4V

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

Класс 5 (Ti-6Al-4V)

Grade 5 (Ti-6Al-4V), рабочая марка, является наиболее широко используемым титановым сплавом рабочей лошадки , поскольку он обеспечивает наилучшее сочетание прочности на растяжение (≥895 МПа), предела текучести (≥830 МПа) и прогрессивно высокой пластичности (относительное удлинение ≥10%) . Grade 23 с низким содержанием интерстициальных примесей (Ti-6Al-4V ELI, Extra Low Interstitial) заметно повышает, не снижая при этом высокую прочность (прочность на растяжение ≥828 МПа), вязкость разрушения и устойчивость к повреждениям. Он особенно подходит для критически важных для безопасности несущих конструктивных элементов, требующих максимальной надежности, высокой стойкости к многоосным напряжениям или эксплуатации при низких температурах, например, райзеров для глубоководной разведки нефтяных скважин, авиационных деталей и протезов суставов.

Помимо серий Grade 5 и Grade 23, семейство титановых сплавов также включает высокопрочный и долговечный TC21 (с пределом прочности на растяжение ≥1100 МПа), высокотемпературный TC11 (пригоден для использования при температуре до 500 °C) и коммерчески чистый титан TA1/Ti Grade 2 (с хорошей коррозионной стойкостью и формуемостью, широко применяется в химической промышленности, а также в медицине ). Во всех сплавах действительно контролируется содержание входящих в их состав элементов, таких как Al, V, Ru и межзвездные элементы (O, N, C и Fe), для удовлетворения различных и жестких требований к прочности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и высокой биосовместимости в различных условиях эксплуатации.

Функции

Высокая прочность на единицу массы, высокая коррозионная стойкость и хорошая биосовместимость. Титановые сплавы Ti-6Al-4V обеспечивают идеальный баланс механических, коррозионных и физических свойств.

Высокая удельная прочность: несмотря на то, что плотность титанового сплава составляет всего 4,43 г/см³, что составляет всего 60% от плотности стали, его удельная прочность равна, если не превышает, прочности высокопрочных легированных сталей. Соответственно, детали из титановых сплавов при аналогичной нагрузке демонстрируют значительное снижение веса (более 40%). Предел текучести, обычно составляющий 800–880 МПа, позволяет материалу даже при повышенных напряжениях проявлять пластическую деформацию и значительно снижать вероятность хрупкого разрушения.

Хорошая коррозионная стойкость: в агрессивных средах, таких как плавиковая кислота, уксусная кислота и муравьиная кислота, к его поверхности очень быстро прилипает тонкий пассивный слой оксида титана, что придает ему хорошую коррозионную стойкость, что позволяет использовать его как в химической, так и в водной среде.

Высокая биосовместимость: титановые сплавы, особенно Grade 23 ELI, не вызывают аллергию, нетоксичны и немагнитны для тканей человека. Модуль упругости титановых сплавов очень близок к модулю упругости человеческой кости, что значительно снижает экранирование напряжений и способствует лучшей остеоинтеграции. Износостойкость и биоактивность могут быть дополнительно повышены с помощью обработки поверхности (например, покрытия нитридом титана ), поэтому они подходят для создания искусственных суставов (тазобедренного и коленного), костных пластин, костных винтов, зубных имплантатов и современных краниомаксиллофациальных имплантатов. Индивидуально изготовленный протез из титанового сплава, использованный во время первой в мире «полной замены тел шейных позвонков, напечатанных на 3D-принтере», прослужил этому пациенту восемь лет и вернулся к полноценной жизни, продемонстрировав высокий уровень биосовместимости и долговечности.

Соответствующие процессы: Титановые сплавы более точны и эффективны в случае 3D-печати, что открывает возможности проектирования индивидуальных компонентов, например, SLM , EBM и DED.

Области применения: Благодаря своим выдающимся свойствам титановые сплавы стали флагманским продуктом в ряде высокотехнологичных приложений: от стентов в аэрокосмической отрасли, деталей двигателей, медицинских приборов для замены суставов, краниомаксиллофациальных имплантатов, высокопроизводительных гоночных автомобилей до спортивных устройств.

Нержавеющая сталь: основа коррозионной стойкости и промышленного применения

Подробное описание марок 316L (коррозионно-стойкая), 17-4PH / 15-5PH (дисперсионно-твердеющая), 304L, 420 и т. д.

Нержавеющая сталь 316L

Поскольку нержавеющая сталь 316L является нержавеющей сталью с содержанием молибдена, она более устойчива к коррозии по сравнению с нержавеющей сталью 304 , и поэтому является подходящим материалом для оборудования в целлюлозно- бумажном производстве . Нержавеющая сталь 316 также устойчива к суровым промышленным и морским атмосферам. Нержавеющая сталь 316L также дольше противостоит осаждению карбидов, чем нержавеющая сталь 316, и поэтому подходит для высокотемпературных применений. Как низкоуглеродистый сплав стали 316, 316L обладает теми же характеристиками, что и сталь 316, но с повышенной стойкостью к межкристаллитной коррозии. Это особое требование при применении стали 316, где стойкость к межкристаллитной коррозии является важным параметром. Среди всех видов нержавеющей стали 316L и 17-4PH обычно считаются золотой парой для 3D-печати. Из всех этих видов нержавеющей стали 316L, благодаря своей лучшей коррозионной стойкости и повышенной биосовместимости, хорошо подходит для медицинских применений.

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

Нержавеющая сталь 15-5 — это мартенситная нержавеющая сталь, которая находит разнообразное применение. Она идеально подходит для проектов, где требуется повышенная коррозионная стойкость и поперечные характеристики по сравнению с другими мартенситными сталями. Температуру термообработки можно варьировать для достижения необходимого уровня прочности и твёрдости в зависимости от конкретного проекта.

17-4PH — это сплав из семейства дисперсионно-твердеющих мартенситных нержавеющих сталей , обладающих высокой твёрдостью и прочностью, а также умеренной коррозионной стойкостью до 600 °F (270 °C). Он обладает хорошими технологическими свойствами и может быть подвергнут старению после однократного отжига при температуре 900–1150 °F (360–510 °C). Этот сплав широко применяется в производстве оборудования, арматуры и металлоконструкций для нефтедобычи и нефтехимической промышленности.

Нержавеющая сталь 304L

Это легированная сталь марки 304 с низким содержанием углерода . 304L имеет низкое содержание углерода, что снижает образование вредных карбидов при сварке. Благодаря этому 304L можно сваривать в агрессивных коррозионных средах без отжига. Механические свойства этой стали несколько ниже, чем у стандартной стали 304, но она широко используется благодаря своей универсальности. Как и нержавеющая сталь 304 , она широко используется в пивоварении и виноделии, но может применяться для производства продукции непищевого назначения, включая контейнеры для хранения химикатов, горнодобывающую промышленность и строительство. Она идеально подходит для металлических деталей, таких как гайки и болты, которые подвергаются воздействию морской воды.

304L пользуется стабильным спросом в непроизводственных областях применения, например, при изготовлении прототипов, благодаря своей конкурентоспособной цене. Сталь марки 420 — это высокоуглеродистая мартенситная нержавеющая сталь с содержанием хрома не менее 12%. Сталь марки 420, как и нержавеющая сталь в целом, может быть закалена из исходного состояния путем термической обработки. Сталь марки 420 после отжига относительно пластична и обладает превосходной коррозионной стойкостью после полировки, шлифования поверхности или закалки. Сталь марки 420 идеально подходит для любых типов прецизионных станков, подшипников, электроприборов, приборов, счетчиков, транспортных средств, кухонной техники, предприятий общественного питания и медицинских приборов из нержавеющей стали.

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

Процессы применения: Благодаря высокой прочности, стойкости к коррозии, возможности термической обработки до высокой прочности и совместимости с популярными массовыми 3D-процессами обработки металлов , такими как SLM, DED и Binder Jetting, нержавеющая сталь широко применяется для 3D-печати металлов .

Применение: трубопроводная арматура для химической, пищевой и судостроительной промышленности, медицинские приборы, детали инструментов или форм, архитектурные скобяные изделия и детали общего назначения.

Жаропрочные сплавы: защитники экстремальных условий

Подробный 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 коррозионных и высокотемпературных средах. Он обеспечивает высокую прочность, жаростойкость, коррозионную стойкость, а также высочайшую свариваемость и обрабатываемость. Высокое содержание никеля, хрома, железа и других легирующих элементов в его химическом составе обеспечивает высокую термостойкость и стойкость к окислению.

Инконель 625

Это сплав на основе никеля, содержащий никель, хром, молибден и следовые количества титана и алюминия . Он обладает хорошей коррозионной стойкостью и высокими температурными характеристиками. Его свойства позволяют использовать его в различных агрессивных средах, поскольку он обладает высокой стойкостью к коррозии и окислению.
Hastelloy X — это жаропрочный сплав молибдена и хрома с высоким содержанием железа, представляющий собой сплав, упрочненный твердым раствором.

Хастеллой X

Он устойчив к окислению и коррозии, имеет высокую ползучесть и вязкость даже при высоких температурах (например, ниже 900 °C), а также в цементирующих и азотирующих средах, как в нейтральных, так и в восстановительных средах.

сплав Хейнс 282

Это усовершенствованный упрочняющий суперсплав класса Y, разработанный специально для эксплуатации в условиях высоких температур, в частности, в наземных и газотурбинных двигателях аэрокосмической техники. Он обеспечивает превосходное сочетание свариваемости, термостойкости, предела ползучести и обрабатываемости по сравнению с коммерческими сплавами .

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

Применимый процесс: SLM, EBM, со специальными знаниями в области DED

Области применения: авиационные двигатели , компоненты горячей части газовых турбин (турбинные лопатки, камеры сгорания), компоненты ракетных двигателей, компоненты атомной энергетики, высокотемпературные печи.

Инструментальная и штамповая сталь: износостойкая и долговечная

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

Н13

Это легированная инструментальная и быстрорежущая сталь, применяемая в основном в пресс-формах для высокотемпературной штамповки под высоким давлением, таких как штампы для горячей ковки, литья алюминиевых сплавов и штампы для горячей экструзии. Сталь H13 обладает высокой прочностью в горячем состоянии, красностойкостью, ударной вязкостью и превосходной стойкостью к термической усталости, благодаря чему она отлично подходит для эксплуатации при высоких температурах.

Свойства: Высокая твердость, высокая износостойкость и высокая стойкость к высоким температурам (сталь для горячей обработки); чрезвычайно высокая прочность после термообработки ( мартенсистой стали ).

Мартенситная сталь 300/350 (старение)

Старительно-твердеющая (марганцево-твердеющая) сталь марки 300/350 – это высокопрочная сталь, состоящая из низкоуглеродистой (безуглеродистой) мартенситной матрицы, твёрдость которой достигается за счёт выделения интерметаллических соединений при старении. В отличие от обычной высокопрочной стали, твёрдость достигается не за счёт углерода, а за счёт выделения и дисперсии интерметаллических соединений, и поэтому отличается от обычной стали по ряду характеристик. К её характеристикам относятся высокая прочность, высокая вязкость, низкая прокаливаемость, хорошая формуемость, лёгкость термической обработки, отсутствие коробления при старении и хорошая свариваемость.

18Ni300

Это сплав серии Maraging 300, обладающий соответствующим составом и свойствами. Его основными преимуществами являются минимальная деформация при старении при низких температурах, что обеспечивает размерную стабильность точных деталей; низкая упрочняемость при холодной обработке , что делает его идеальным для сложной штамповки и формовки . Его применяют в корпусах ракет, шатунах гоночных автомобилей высокой мощности и прецизионных литейных формах .

М2 (быстрорежущая сталь)

Это быстрорежущая инструментальная сталь на основе молибдена, сплав, состоящий в основном из углерода, молибдена, вольфрама, хрома и ванадия . Эта сталь обладает высокой износостойкостью, ударопрочностью и высокой термостойкостью (сохраняет свойства до 600 °C), что позволяет использовать её в производстве режущих инструментов , пресс-форм и высокопрочных деталей. Эта сталь отличается высокой равномерностью распределения карбида и высокой вязкостью, однако склонна к перегреву и требует строгого контроля параметров термообработки. Добавление церия, одного из самых редкоземельных металлов, уменьшает размер карбида, уменьшает ликвацию сплава и повышает его жаропрочность и обрабатываемость.

Toolox 33/444

Toolox 33/44 – революционная термообрабатываемая сталь , предварительно закаленная до твёрдости HRC 33 (Toolox 33) и HRC 44 (Toolox 44) в прокатном стане, что снижает затраты и время цикла термообработки. Эта сталь отличается высокой эффективностью обработки, высокой скоростью прямого резания, а также хорошей производительностью электроэрозионной обработки и полировки, что сокращает время полировки на треть. Совместимые методы обработки поверхности дополнительно оптимизируют износостойкость. Благодаря большим размерам она широко применяется в литьевых формах , штамповочных пресс-формах для автомобилей и роботизированных приспособлениях, сокращая время выполнения заказа.

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

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

Драгоценные металлы и специальные сплавы: удовлетворение уникальных потребностей

Золото, серебро и платина

Это драгоценные металлы, отвечающие уникальным требованиям 3D-печати.
Ювелирные изделия: Ювелирные изделия должны быть химически инертными при комнатной температуре и давлении, а также устойчивыми к воздействию основных компонентов воды и воздуха. Золото обладает превосходной химической стабильностью. Серебро имеет беловато-серебристый металлический оттенок, легкодоступно, недорого и стало популярным материалом для ювелирных изделий. Платина , то есть белое золото, имеет беловато-серебристый металлический оттенок , отличается высокой пластичностью, устойчива к коррозии, воздействию сильных кислот и щелочей, а также имеет чрезвычайно высокую температуру плавления.

Специальные электронные контакты: в электронных микроконтактах золото устойчиво к дуговой эрозии , серебро препятствует ингибированию электромиграции , а платина устойчива к окислению при высоких температурах . Эти благородные металлы также используются в контактах реле для аэрокосмической техники и платиновых сверхпроводниковых соединителях в аппаратах для ядерно-магнитной резонансной томографии.

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

Медные сплавы (чистая медь, CuCrZr)

Обладает высокой электро- и теплопроводностью и используется в деталях двигателей, радиаторах, теплообменниках и индукционных катушках. Кобальт-хромовый сплав (CoCrMo) чрезвычайно устойчив к износу и обладает высокой биосовместимостью, поэтому его используют при реставрации зубов, а также в некоторых ортопедических имплантатах.

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

FQA

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

Да. Правильная оптимизация процессов последующей обработки, например, термической, может обеспечить прочность и усталость металлических деталей, изготовленных такими методами, как селективное лазерное плавление (SLM) или электроэрозионная металлообработка (EBM), и даже превзойти показатели традиционных кованых аналогов.

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

Пока нет, не может. Этот метод лучше подходит для сложных форм, изготовления по индивидуальным заказам в условиях коротких сроков и для сплавов, труднообрабатываемых . Однако массовое производство стандартных деталей обходится дешевле и быстрее при использовании традиционных методов, и оба процесса являются взаимодополняющими.

3. Нужна ли постобработка напечатанному на 3D-принтере металлу?

Да, за редкими исключениями, все металлические компоненты, напечатанные на 3D-принтере, требуют постобработки. Распространенные процессы, связанные с 3D-печатью металлов, включают удаление поддерживающих структур, снятие напряжений, термообработку, финишную обработку поверхности (механическую обработку, полировку, пескоструйную обработку ) и горячее изостатическое прессование (для повышения плотности и устранения пор).

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

Его стоимость, как правило, значительно выше, чем стоимость пруткового или блочного металла, из которого он был бы изготовлен. Это существенно увеличивает стоимость 3D-печати из металла , хотя его общую ценность следует оценивать в комплексе, учитывая свободу дизайна и экономию материала.

Краткое содержание

Библиотека материалов для 3D-печати металлами продолжает экспоненциально расти: от традиционных титановых сплавов, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и жаропрочных сплавов до редких инструментальных сталей, благородных металлов и медных сплавов. Каждый из них в индивидуальном сочетании обеспечивает набор свойств, таких как прочность, лёгкость, способность работать при высоких температурах, коррозионная стойкость, электропроводность, термостойкость и биосовместимость, для конкретных высокотехнологичных приложений. Прорывные технологии позволяют эффективно обрабатывать эти материалы, создавая сложнейшие геометрические формы, недоступные традиционными методами, изменять конструкцию, создавать прототипы и создавать высокопроизводительные компоненты.

Когда перед вами стоит задача прорывного проектирования, лёгкости, сокращения сроков изготовления или обработки труднообрабатываемых материалов, 3D-печать металлом и выбор материала — это первостепенные решения. Глубокое понимание свойств и областей применения материалов — ключ к освоению этой революционной технологии создания и дифференциации. Выбор правильного металла открывает перед нами безграничные возможности аддитивного производства!

Перед лицом этих сложных задач услуги 3D-печати от LS — ваш незаменимый инструмент. Они сочетают в себе промышленную точность, непревзойденную повторяемость и высокую производительность, позволяя воплощать ваши дизайнерские идеи идеально, последовательно и эффективно. Выбирая LS , вы добавляете промышленную точность к своему исключительному мастерству.

Загрузите чертежи вашего проекта сейчас и получите мгновенное предложение по 3D-печати (стоимость 3D-печати), позвольте LS стать вашей надежной поддержкой в достижении максимальной точности печати!