Aluminium jest popularnym proszkiem metalowym do produkcji addytywnej dzięki niskiej gęstości, dobrym właściwościom mechanicznym, obrabialności, odporności na korozję i przewodności. Optymalizacja właściwości proszku aluminiowego umożliwia niezawodne drukowanie wytrzymałych, lekkich części aluminiowych w zastosowaniach lotniczych, motoryzacyjnych i przemysłowych.
Niniejszy przewodnik obejmuje właściwości, specyfikacje, produkcję atomizacyjną, kwestie związane z zapewnieniem jakości, zastosowania i porady dotyczące pozyskiwania proszków aluminiowych do drukowania 3D metodą spiekania w złożu proszkowym lub strumieniem spoiwa.
Proszek aluminiowy do drukarek 3D Kompozycje
Typowe gatunki aluminium dla AM obejmują:
| Stop | Opis | Typowy skład |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | Odlewany stop z dodatkiem krzemu i magnezu zapewnia wytrzymałość i odporność na korozję | Pozostałość Al, 9-11% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% max Fe, 0,2% max Cu |
| AlSi7Mg | Bardzo podobny do AlSi10Mg z nieco niższą zawartością krzemu | Pozostałość Al, 6-8% Si, 0,25-0,45% Mg, 0,8% max Fe, 0,2% max Cu |
| 6061 | Bardzo popularny kuty stop z magnezem i krzemem poddawany obróbce cieplnej | Pozostałość Al, 0,8-1,2% Mg, 0,4-0,8% Si, 0,7% max Fe, 0,15-0,4% Cu, 0,04-0,35% Cr |
Dopasowanie składu do właściwości mechanicznych, odporności na korozję, potrzeb spawalności i kosztów stopu.
Przegląd specyfikacji
| Parametr | Szczegóły | Metoda badania |
|---|---|---|
| Czystość | Preferowane aluminium >98% | Analiza ICP |
| Kształt cząsteczki | Sferyczne >90% pożądane | Mikroskopia |
| Rozkład wielkości | D50: typowo 25-45 μm | Dyfrakcja laserowa |
| Gęstość pozorna | 1,2-1,8 g/cc | Przepływomierz Halla |
| Płynność | Przepływ w hali 25-50 s dla próbki 50 g | Przepływomierz Halla |
| Tlenki i wodorotlenki | <3% wagowo | TGA, XRD, synteza w gazie obojętnym |
| Zawartość wilgoci | <0,2% wagowo | Analiza TGA |
Wysoka jakość i konsystencja proszku wymagana do zminimalizowania defektów podczas przetwarzania AM w wytrzymałe części o wysokiej gęstości.
Metody atomizacji
Produkcja proszku aluminiowego w drukarce 3D:
- Atomizacja powietrza - Powietrze pod wysokim ciśnieniem rozbija stopione aluminium na drobne kuliste kropelki, zapobiegając utlenianiu. Proces o niższej energii skutkuje większymi cząsteczkami odpowiednimi do drukowania strumieniowego.
- Atomizacja azotu - Otoczenie azotowe zapobiega utlenianiu powierzchni podczas atomizacji, umożliwiając drobniejsze rozmiary proszku, niższą zawartość tlenu i wyższą charakterystykę przepływu preferowaną dla SLM i EBM.
- Atomizacja rotacyjna elektrody - Szybkie wirowanie roztopionego aluminium w azocie pozwala uzyskać proszek o bardzo wąskim rozkładzie wielkości i dobrej gęstości upakowania.
Kontrolowanie atmosfery procesu, szybkości chłodzenia i dynamiki gazu optymalizuje rozmiary i morfologię cząstek aluminium w zastosowaniach ze złożem proszkowym wymagającym dobrego przepływu i reakcji na ścinanie.
Właściwości mechaniczne
| Stop | Gęstość (g/cc) | Granica plastyczności (MPa) | Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Wydłużenie |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
Osiągnięcie określonej wytrzymałości wymaga zoptymalizowanych parametrów drukowania i obróbki końcowej, takiej jak starzenie. Orientacja części również znacząco wpływa na wydajność mechaniczną.
Zastosowania AM w metalu
Aluminium AlSi10Mg znajduje szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu w produkcji addytywnej:
- Przemysł lotniczy i obronny: Lekki płatowiec, komponenty UAV; konforemne wymienniki ciepła i zimne płyty; aktywne struktury kratowe. Szybkie oprzyrządowanie do warstw kompozytowych.
- Motoryzacja: Aluminium ma 3-krotnie niższą energię wcieloną niż stal, co pozwala na większą oszczędność paliwa dzięki redukcji masy. Dostosowane panele karoserii, elementy wyposażenia, elementy podwozia, takie jak wahacze, umożliwiają poprawę wydajności. Części wymienników ciepła, takie jak obudowy kolektorów, zwiększają funkcjonalność. Przyrządy i uchwyty do kompozytów z włókna węglowego.
- Przemysłowe: Indywidualna produkcja seryjna dla małych i średnich partii. Radiatory do zarządzania termicznego elektroniką o zoptymalizowanych kształtach. Elementy przepływu płynów, takie jak wirniki, pompy, zawory i obudowy. Przyrządy, uchwyty, prowadnice i przyrządy pomiarowe zapewniające lekkość i trwałość.
- Architektura: Specjalistyczne części wykonywane na zamówienie. Elementy dekoracyjne z wykorzystaniem druku hybrydowego z wypełnieniem z brązu. Dokładne wymiarowo modele w skali do wizualizacji.
Standardy certyfikacji
- ASTM B556 - Standardowa specyfikacja dla elementów konstrukcyjnych ze stopów aluminium wykonanych metodą metalurgii proszków (PM) z wykorzystaniem stopu 6061
- ASTM B925 - Standardowa specyfikacja dla najwyższej jakości proszku ze stopu aluminium do przetwarzania metodami metalurgii proszków w zastosowaniach motoryzacyjnych, lotniczych i obronnych
- ASTM E2926 - Standardowa specyfikacja dla proszków i surowców aluminiowych do produkcji addytywnej
Przed zakupem należy dokonać przeglądu statystycznie potwierdzonych certyfikatów partii wykazujących zgodność ze specyfikacjami docelowej klasy i potrzebami przetwarzania AM.
Typowe wady
Kluczowe wady aluminium i metalu AM wraz z ich przyczynami:
| Wada | Przyczyna | Rozwiązanie |
|---|---|---|
| Porowatość | Wilgoć; Tlenki; Parowanie metali | Niższa wilgotność; minimalizacja tlenków; dostosowanie gęstości energii |
| Pękanie | Szybkie chłodzenie; Naprężenia szczątkowe; Zanieczyszczenia | Optymalizacja podgrzewania płyty konstrukcyjnej; Prasowanie izostatyczne na gorąco; Proszek o wysokiej czystości |
| Rozwarstwienie | Siły ostrza nagrzewnicy; Słabe połączenie warstw | Płynny rozkład wielkości proszku; Optymalizacja warstwy rozprowadzanej; Weryfikacja ustawień rozsiewacza |
| Balling | Wysokie napięcie powierzchniowe hamuje przepływ | Płyta podgrzewająca dla szybszego topienia |
| Problemy z wykończeniem powierzchni | Rozpryski, nieroztopione cząstki stopione w | Optymalizacja parametrów dla danego proszku |
Dostosowanie parametrów drukowania poprzez próbne konstrukcje w celu uzyskania w pełni gęstych części przed rozpoczęciem produkcji seryjnej.
Czynniki cenotwórcze
| Parametr | Wpływ |
|---|---|
| Klasa proszku | Wyższa czystość/sferyczność ma swoją cenę |
| Wielkość działki | Oszczędność skali przy 500+ kg |
| Poziom certyfikacji | Pełna certyfikacja a testowanie partii |
| Metoda atomizacji | Azot > Powietrze ze względu na wyższą konsystencję i niższą zawartość tlenków. |
| Logistyka regionalna | Źródło lokalne, jeśli to możliwe |
Spodziewaj się cen około $50-100/kg za dostarczony proszek aluminiowy AM o niższym rozkładzie wielkości. Więksi producenci oferują korzyści skali.
Rozważania dotyczące zakupu
| Parametr | Znaczenie |
|---|---|
| Zgodność jakościowa | Wysoki |
| Dostępność próbek | Wysoki |
| Wiedza techniczna | Średni |
| Referencje klientów | Średni |
| Wycena | Niski |
Porównanie dostawców
| Producent | Zakres rozmiarów | Jakość | Spójność | Lead Times | Wycena |
|---|---|---|---|---|---|
| [Marka 1]. | 10-45 μm | W pełni certyfikowany | Bardzo spójne | 12-14 tygodni | $$$ |
| [Marka 2]. | 15-65 μm | Testowanie wsadowe | Niewielkie zróżnicowanie | 3-4 tygodnie | $ |
| [Marka 3]. | 10-63 μm | Niezależny MPI | Spełnia minimalne wymagania | 8-10 tygodni | $$ |
Wybierz wiodącą markę dostosowaną do wymagań jakościowych aplikacji części, nawet jeśli cena jest wyższa, aby uniknąć ryzyka wad i odchyleń właściwości.
Najczęściej zadawane pytania
P: Jaki rozmiar cząstek jest optymalny dla laserowego stapiania aluminium w proszku?
O: Frakcje proszku aluminiowego o wielkości 25-45 μm ułatwiają gęste upakowanie z dobrą reakcją na ścinanie i przepływ stopu, idealne do rozprowadzania i stapiania o wysokiej gęstości w zastosowaniach ze złożem proszku.
P: Jak prawidłowo przechowywać proszek aluminiowy AM?
O: Szczelnie zamknąć pojemniki za pomocą worków pochłaniających wilgoć, aby zapobiec utlenianiu i stabilizacji, ograniczając okres przydatności do spożycia do 6-12 miesięcy, jeśli są prawidłowo przechowywane w chłodnym miejscu z dala od bezpośredniego światła słonecznego.
P: Czy proszek aluminiowy do metalu AM wymaga specjalnych środków ostrożności?
O: Sklasyfikowany jako nie stwarzający zagrożenia, ale proszki należy stosować w dobrze wentylowanych pomieszczeniach z zatwierdzonymi środkami ochrony indywidualnej, ponieważ drobne cząstki metaliczne stwarzają zagrożenie dla zdrowia układu oddechowego i wybuchu pyłu, co wymaga ustanowienia protokołów bezpieczeństwa.
P: Jaka obróbka końcowa jest zazwyczaj wykonywana na częściach aluminiowych produkowanych addytywnie?
Aluminiowe części AM często poddawane są obróbce roztworem, starzeniu, utwardzaniu wydzieleniowemu, pasywacji i elektropolerowaniu w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych, poprawy właściwości mechanicznych i wykończenia powierzchni. Powłoki ochronne poprawiają odporność na korozję i zużycie.
