Materiais em pó metálico para impressão 3D

A impressão 3D de metal é uma tecnologia de impressão 3D que usa pó de metal para imprimir diretamente peças de metal, também conhecida como sinterização de pó de metal (SLM). Além da boa plasticidade, o pó de metal para impressão 3D também deve atender aos requisitos de tamanho de partícula de pó fino e alta distribuição de tamanho de partícula. Requisitos estreitos, de alta esfericidade, boa fluidez e alta densidade aparente. Atualmente, os pós metálicos usados ​​na maioria das impressoras 3D incluem aço inoxidável, ligas de alumínio, ligas de cobalto-cromo, ligas de cobre, ligas de titânio e ligas de níquel. Ligas à base de ferro são engenharia O material metálico mais importante e mais usado em tecnologia é usado principalmente para a formação de estruturas complexas, e é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, automobilística, naval, fabricação de máquinas e outras indústrias.

O tipo de pó metálico e o processo de impressão 3D usado para determinar as propriedades do produto final

● Pó de aço inoxidável

Materiais de impressão de metal relativamente baratos, econômicos, boa resistência à corrosão, alta resistência, podem fabricar de forma rápida e eficiente pequenos lotes de peças industriais complexas.

● Pó de liga de alumínio

Atualmente, as ligas de alumínio usadas na impressão 3D de metal incluem principalmente alumínio silício AlSi12 e AlSi10Mg. Alumínio silício 12 é um aditivo leve usado para produzir pós metálicos com boas propriedades térmicas. A combinação de silício e magnésio permite que as ligas de alumínio tenham maior resistência. e rigidez, tornando-o adequado para paredes finas e geometrias complexas, especialmente em aplicações com boas propriedades térmicas e baixo peso. As ligas de alumínio são a classe mais utilizada de materiais estruturais não ferrosos em alta resistência, próximo ou superando o aço de alta qualidade e boa plasticidade. Pesquisas mostram que as ligas de alumínio para impressão 3D podem alcançar peças densas, pequenas estruturas e propriedades mecânicas comparáveis ​​ou até melhores do que peças fundidas e comparadas aos processos tradicionais A qualidade das peças pode ser reduzida em 22%, mas o custo pode ser reduzido em 30 por cento.

● Pó de liga de cobalto-cromo

Devido à sua excelente resistência ao desgaste e à corrosão, o pó de liga de cromo-cobalto para impressão 3D de metal é comumente usado para imprimir várias articulações artificiais e implantes ortopédicos, e também é usado no campo da odontologia.

● Pó de liga de cobre

Com excelente condutividade térmica e elétrica, o cobre com excelente condutividade térmica em aplicações de gerenciamento térmico pode ser combinado com liberdade de projeto para produzir estruturas internas complexas e canais de resfriamento conformados.

● Pó de liga de titânio

É amplamente utilizado no campo aeroespacial, aproveitando as vantagens da impressão 3D para ajudar a otimizar o design do produto, como a substituição do corpo sólido original por uma estrutura complexa e razoável, para que o produto acabado tenha menor peso e melhores propriedades mecânicas. Isso pode não apenas reduzir os custos, mas também a produção leve de cada componente pode ser alcançada.

● Pó de liga de níquel

A resistência à oxidação e resistência à corrosão da liga de níquel o tornam adequado para o ambiente hostil de alta temperatura e alta pressão. Quando a liga de níquel é aquecida, uma camada de óxido espessa e estável será passivada na superfície da liga para proteger o interior da liga contra a corrosão. Boas propriedades mecânicas são mantidas em uma ampla faixa de temperatura.

Como os materiais em pó são usados ​​para impressão 3D

Um feixe de laser de alta energia, controlado por dados de modelo 3D, é usado para fundir localmente a matriz metálica, enquanto a sinterização solidifica o material metálico em pó e empilha automaticamente camada por camada para gerar peças sólidas geométricas densas.

Como produzir pós metálicos para impressão 3D

A fabricação de pó metálico é um aspecto fundamental da metalurgia do pó. Diferentes métodos usados ​​para preparar pós metálicos incluem redução, eletrólise, decomposição de carbonila, moagem e atomização.

Os quatro métodos mais utilizados para a produção de pós metálicos são redução no estado sólido, eletrólise, química e atomização.

A maioria dos fabricantes usa métodos de eletrólise e redução para produzir pós metálicos elementares. Mas eles não são adequados para a produção de pós de liga. No entanto, o método de atomização tende a superar essa limitação, por isso os fabricantes o utilizam para a produção de pós de liga.

A eletrólise é outro método usado para produzir metais em pó. Ao escolher a composição eletrolítica apropriada, temperatura, concentração e densidade de corrente, diferentes metais podem ser depositados como esponjas ou pós. Isto pode ser seguido por lavagem, secagem, redução, recozido e triturado. Este método produz pós metálicos de altíssima pureza. É basicamente usado para pós de cobre altamente condutivos devido aos seus altos requisitos de energia.

O método de atomização refere-se a um método de esmagamento de metal fundido em partículas com tamanho inferior a 150 μm por métodos mecânicos. De acordo com o método de trituração de metal fundido, os métodos de atomização incluem atomização de dois fluxos, atomização centrífuga, atomização ultrassônica, atomização a vácuo, etc. Esses métodos de atomização têm suas próprias características e têm sido usados ​​com sucesso na produção industrial. Entre eles, o método de atomização a vapor de água tem as vantagens de equipamentos e processos de produção simples, baixo consumo de energia e grande tamanho de lote, e se tornou o principal pó metálico. Métodos de produção industrial.

Requisitos de desempenho de impressão 3D para pós metálicos

1. Pureza

As inclusões cerâmicas reduzirão significativamente o desempenho da peça final, e essas inclusões geralmente têm um alto ponto de fusão e são difíceis de sinterizar, portanto, não deve haver inclusões cerâmicas no pó. Além disso, o teor de oxigênio e nitrogênio também precisa ser rigorosamente controlado. Atualmente, a tecnologia de preparação de pó para impressão 3D de metal é baseada principalmente no método de atomização. O pó tem uma grande área de superfície específica e é fácil de oxidar. Em campos de aplicação especiais, como aeroespacial, os clientes têm requisitos mais rígidos para esse índice, como superligas. O teor de oxigênio do pó é 0.006 por cento -0.018 por cento , o teor de oxigênio do pó de liga de titânio é de 0,007 por cento -0,013 por cento , e o teor de oxigênio do pó de aço inoxidável é de 0,010 por cento -0,025 por cento .

2. Fluidez do pó e densidade aparente

A fluidez do pó afeta diretamente a uniformidade do espalhamento do pó durante o processo de impressão e a estabilidade do processo de alimentação do pó. A fluidez está relacionada com a morfologia do pó, distribuição do tamanho das partículas e densidade aparente. Quanto menor a proporção de pó fino, melhor sua fluidez; a densidade das partículas permanece inalterada, a densidade relativa aumenta e a fluidez do pó aumenta. Além disso, a adsorção de água, gás, etc. na superfície da partícula reduzirá a fluidez do pó.

3. Distribuição do tamanho das partículas de pó

Diferentes equipamentos de impressão 3D e processos de formação têm diferentes requisitos para distribuição de tamanho de partículas de pó. Atualmente, a faixa de tamanho de partícula de pó comumente usada na impressão 3D de metal é 15-53μm (pó fino) e 53-105μm (pó grosso). A escolha do tamanho de partícula de pó metálico para impressão 3D é principalmente de acordo com impressoras de metal com diferentes fontes de energia, impressoras que usam laser como fonte de energia são adequadas para usar pó de 15-53μm como consumíveis devido ao seu ponto de foco fino e fácil fusão de pó fino. O método de fornecimento de pó é o revestimento em pó camada por camada; A impressora de espalhamento de pó com um feixe de elétrons como fonte de energia tem um ponto de foco ligeiramente mais espesso, que é mais adequado para fundir pó grosso, e é adequado para o uso de pó grosso de 53-105 μm; para impressora do tipo de alimentação de pó coaxial, o tamanho de partícula de 105-150 μm pode ser usado em pó como consumíveis.

4. Morfologia do pó

A morfologia do pó está intimamente relacionada ao método de preparação do pó. Geralmente, quando o gás metálico ou líquido fundido é transformado em pó, a forma das partículas de pó tende a ser esférica. A maioria dos pós preparados pelo método são dendríticos. De um modo geral, quanto maior a esfericidade, melhor a fluidez das partículas de pó. O pó de metal para impressão 3D requer asfericidade de mais de 98% para que o espalhamento e a alimentação do pó sejam mais fáceis de executar durante a impressão.

A importância da impressão em pó de metal 3D

O pó de metal torna a impressão 3D mais rápida e permite a prototipagem rápida. Os fabricantes também podem modificar projetos com mais eficiência. Esse método também é econômico porque as impressoras 3D de metal usam apenas a quantidade de material necessária para fazer a peça desejada. Facilita o projeto de peças de máquinas complexas e permite a produção de peças de máquinas "impossíveis".