Алюминиевые сплавы для 3d-печати обладают рядом полезных характеристик, таких как высокое соотношение прочности и веса, отличная теплопроводность и устойчивость к коррозии, что делает их подходящими материалами для 3D-печати в автомобильной, аэрокосмической, потребительской и других отраслях промышленности.
Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) - основные процессы 3D-печати, используемые для порошков алюминиевых сплавов. Частицы порошка послойно сплавляются с помощью мощного лазера для создания сложных и настраиваемых геометрий деталей.
Виды 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Сплав | Состав | Процесс печати | Свойства | Приложения |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | Алюминий (Al) + Кремний (Si) (10%) + Магний (Mg) | Лазерно-порошковое наплавление (ЛПНП) | - Хороший баланс прочности, пластичности и вязкости - Отличная свариваемость - Возрастная закалка для повышения прочности | - Аэрокосмические компоненты (легкие конструкции) - Автомобильные детали (кронштейны, компоненты двигателей) - Электронная упаковка |
| AlSi7Mg (F357) | Алюминий (Al) + Кремний (Si) (7%) + Магний (Mg) | LPBF | - Схожие свойства с AlSi10Mg, но немного ниже прочность - Легче печатать из-за более низкой температуры плавления | - Общего назначения, требующие хорошего соотношения прочности и веса - Компоненты для обработки жидкостей - Кронштейны и корпуса |
| Al2139 | Алюминий (Al) + Медь (Cu) (4%) + Магний (Mg) | LPBF | - Высокая прочность и усталостная прочность - Хорошая обрабатываемость | - Аэрокосмические компоненты, требующие высокой прочности - Автомобильные детали (компоненты подвески) |
| 6061 | Алюминий (Al) + Магний (Mg) (0.9%) + Кремний (Si) (0.6%) + Медь (Cu) (0.3%) | LPBF (ограниченное количество), Binder Jetting (BJ) | - Отличная коррозионная стойкость - Хорошая обрабатываемость и свариваемость - Умеренная прочность | - Прототипы и функциональные детали, требующие хороших всесторонних свойств - Архитектурные компоненты - Теплоотводы |
| 7075 | Алюминий (Al) + Цинк (Zn) (5.6%) + Магний (Mg) (2.5%) + Медь (Cu) (1.6%) | LPBF (ограниченный), электронно-лучевое плавление (EBM) | - Очень высокое соотношение прочности и веса - Отличная износостойкость - Не поддается сварке | - Аэрокосмические компоненты, требующие высокой прочности и малого веса - Спортивные товары (велосипедные рамы, бейсбольные биты) |
| Scalmalloy | Алюминий (Al) + Скандий (Sc) (4%) + Магний (Mg) (6%) | LPBF | - Исключительное соотношение прочности и веса, превышающее 7075 - Отличная коррозионная стойкость - Высокая трещиностойкость | - Высокопроизводительные аэрокосмические компоненты - Оборонные приложения, требующие легкой брони |
Состав 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Обозначение сплава | Первичные легирующие элементы | Дополнительные элементы | Свойства | Приложения |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | Кремний (10%) | Магний (0,3-0,5%) | * Отличная литейная способность (адаптирована для применения в литье) * Хорошая свариваемость * Высокая прочность и вязкость * Хорошая коррозионная стойкость | * Приложения общего назначения * Автомобильные компоненты * Аэрокосмические компоненты (некритичные) * Кронштейны и корпуса. |
| AlSi7Mg (F357) | Кремний (7%) | Магний (0,3-0,5%) | * Схожие свойства с AlSi10Mg, но немного ниже прочность * Отличная литейная способность * Хорошая свариваемость * Хорошая коррозионная стойкость | * Аналогичные применения AlSi10Mg, часто используется, когда требуется немного меньший вес * Компоненты двигателя * Компоненты для обработки жидкостей |
| AlSi12 | Кремний (12%) | * Высокая прочность и износостойкость * Хорошая литейная способность * Умеренная свариваемость * Более низкая коррозионная стойкость по сравнению с AlSi10Mg и F357. | * Износостойкие пластины * Шестерни * Литье в песчаные формы (часто используется в качестве отправной точки для 3D-печатных деталей благодаря знакомству с материалом). | |
| Scalmalloy | Скандий (4.0-4.4%) | Магний (0,3-0,5%) | * Исключительное соотношение прочности и веса * Отличная коррозионная стойкость * Хорошая свариваемость * Требуется термообработка для достижения оптимальных свойств | * Аэрокосмические компоненты (высокопроизводительные) * Автомобильные компоненты (критичные к весу) * Оборонные приложения |
| EOS Алюминий Al2139 AM | Не разглашается (вероятно, алюминий-магний-кремний) | * Разработана специально для аддитивного производства * Хорошая прочность при повышенных температурах (до 200°C) * Улучшенная технологичность по сравнению со стандартными литейными сплавами * Требуется термообработка для достижения оптимальных свойств | * Аэрокосмические компоненты, требующие высокотемпературных характеристик * Автомобильные компоненты * Компоненты теплообменников |
Характеристики алюминия для 3D-печати
| Атрибут | Подробности |
|---|---|
| Отделка поверхности | Прилипание порошка может оставить полушероховатый, ступенчатый профиль поверхности |
| Точность | Возможна высокая точность размеров до ±0,1% |
| Анизотропия | Наблюдается направленное ослабление механических свойств |
| Пористость | Пористость <1%, достигнутая при оптимизированных параметрах SLM |
| Гибкость сплава | Многие марки 2xxx, 5xxx, 6xxx и 7xxx можно распечатать. |
Применение 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Промышленность | Типовые применения |
|---|---|
| Аэрокосмическая промышленность | Авиационные воздуховоды, теплообменники, конструкционные кронштейны |
| Автомобильная промышленность | Нестандартные кронштейны, опоры, радиаторы, оснастка |
| Архитектура | Легкие панели, декоративные решетки, небольшие скульптуры |
| Медицина | Встроенное программное обеспечение хирургических инструментов, имплантатов |
| Электроника | Устройства для рассеивания тепла, такие как радиаторы |
| Оборона | Низкосерийные детали с сокращенным временем изготовления |
Технические характеристики алюминиевой пудры для аддитивного производства
| Параметр | Тип/диапазон |
|---|---|
| Материалы | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Размер частиц | От 25 до 65 микрон |
| Форма частиц | В основном сферические, допускаются некоторые спутники |
| Кажущаяся плотность | Около 2,67 г/куб. см |
| Расход | <30 с/50 г согласно ASTM B964 |
| Остаточный кислород | <0,4% для высокой прочности на разрыв |
Ведущие поставщики 3d-печать алюминиевыми сплавами
| Поставщик | Специализация | Ключевые продукты | Приложения | Дополнительные услуги |
|---|---|---|---|---|
| Elementum 3D | Инновационные порошки | Газоатомизированные порошки алюминиевых сплавов, включая традиционные и дисперсно-упрочненные варианты | Аэрокосмическая, автомобильная, оборонная промышленность | Разработка материалов, проектирование применения, оптимизация параметров печати |
| APWorks | Высокоэффективные сплавы | Масштабируемый алюминиево-кремниево-магниевый (AlSiMg) сплав для лазерно-лучевого плавления (ЛЛП) | Автомобильные компоненты, робототехника, промышленное оборудование | Консультирование по вопросам проектирования для аддитивного производства (DFAM), услуги по постобработке |
| Решения SLM | Основанный производитель | Алюминиевые сплавы, оптимизированные для процесса селективного лазерного плавления (SLM), включая AlSi10Mg и Scalmalloy | Медицинские имплантаты, аэрокосмические компоненты, теплообменники | Продажа и поддержка оборудования, разработка параметров для конкретных сплавов |
| EOS GmbH | Совместимость с несколькими процессами | Алюминиевые сплавы, совместимые с технологиями лазерно-лучевого плавления (LBM) и электронно-лучевого плавления (EBM) | Аэрокосмические детали, бытовая электроника, медицинские приборы | Консультации по выбору оборудования и оптимизации процессов, программы обучения |
| Höganäs | Опыт работы с металлическими порошками | Газоатомизированные алюминиевые порошки с жестким контролем размера и морфологии | Теплообменники, автомобильные компоненты, корпуса для электроники | Определение характеристик и тестирование порошков, сотрудничество в разработке новых сплавов |
| Королевский сплав | Разнообразный портфель сплавов | Широкий ассортимент порошков алюминиевых сплавов, включая скандий и литий для улучшения эксплуатационных характеристик | Аэрокосмические компоненты, оборонные приложения, высокопроизводительные радиаторы | Рекомендации по выбору материала, испытания на пригодность к печати, разработка порошков на заказ |
| Норск Гидро | Устойчивое производство | Порошки из алюминиевых сплавов, произведенные с учетом минимального воздействия на окружающую среду | Автомобильные детали, архитектурные компоненты, бытовая электроника | Данные оценки жизненного цикла (LCA) для материалов, поддержка практики устойчивого производства |
| ExOne | Технология струйной обработки вяжущего | Алюминиевые сплавы, специально разработанные для аддитивного производства с использованием струйных связующих (BJAM) | Автомобильные прототипы, формы для литья в песчаные формы, промышленная оснастка | Услуги по проектированию для аддитивного производства (DFAM), опыт постобработки деталей BJAM |
| DMG Mori Seiki | Интегрированные решения | Порошки из алюминиевых сплавов для совместимых металлических 3D-принтеров | Инструментальная оснастка и пресс-формы, медицинские имплантаты, аэрокосмические компоненты | Продажа и обслуживание оборудования, обучение технологическим процессам аддитивного производства металлов |
| Аддитивное производство Carpenter | Специальные сплавы | Алюминиевые сплавы с высоким соотношением прочности и веса и улучшенной коррозионной стойкостью | Морские компоненты, нефтегазовое оборудование, химическая обработка. | Поддержка в выборе материалов, инженерные услуги по применению, помощь в создании прототипов |
Плюсы и минусы 3D-печати из алюминия
| Характеристика | Плюсы | Cons |
|---|---|---|
| Свобода дизайна |
Непревзойденная сложность: Позволяет создавать сложные решетчатые структуры, внутренние каналы и облегчать детали, невозможные при использовании традиционных методов. Позволяет дизайнерам расширять границы и создавать высокопроизводительные детали. Быстрое прототипирование: Обеспечивает быструю итерацию и тестирование проектов, сокращая время и стоимость разработки. |
Поддерживающие структуры: Сложные геометрии часто требуют сложных опорных конструкций, что увеличивает время постобработки и потенциально создает нежелательные текстуры поверхности. |
| Свойства материала |
Отличное соотношение прочности и веса: Алюминий обеспечивает хороший баланс между весом и прочностью, что делает его идеальным для таких областей применения, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, где снижение веса имеет решающее значение. Коррозионная стойкость: Многие алюминиевые сплавы обладают отличной устойчивостью к коррозии, что особенно ценно для деталей, подверженных воздействию агрессивных сред. |
Анизотропия: Слоистая природа 3D-печати может привести к анизотропным свойствам, то есть прочность материала может меняться в зависимости от направления печати. Это может потребовать корректировки конструкции для определенных применений. Пористость: В зависимости от процесса печати в материале могут образовываться небольшие пустоты или поры, которые потенциально могут повлиять на механические свойства. Методы последующей обработки, такие как горячее изостатическое прессование (HIP), могут смягчить эту проблему. |
| Производство |
Сокращение времени выполнения заказа: 3D-печать позволяет производить продукцию по требованию, устраняя необходимость в сложной оснастке и минимизируя сроки изготовления прототипов или малосерийных деталей. Минимальные отходы материалов: Аддитивная природа 3D-печати значительно сокращает отходы материалов по сравнению с традиционными субтрактивными методами производства. |
Высокая стоимость: Технология и оборудование для 3D-печати алюминия все еще относительно дороги, что делает ее менее рентабельной для крупносерийного производства по сравнению с традиционными методами. Время сборки: Печать сложных металлических деталей может занимать много времени, что сказывается на общей скорости производства. |
| Постобработка |
Отделка поверхности: Хотя некоторые технологии 3D-печати обеспечивают хорошее качество поверхности, шероховатость является распространенной проблемой. Для некоторых применений могут потребоваться такие методы последующей обработки, как механическая обработка, полировка или пескоструйная обработка. Термообработка: Специальные алюминиевые сплавы могут потребовать термической обработки после печати для достижения оптимальных механических свойств. |
Дополнительные расходы и время: Постобработка увеличивает общее время производства и стоимость детали. |
| Приложения |
Аэрокосмическая промышленность: Способность создавать легкие, высокопрочные компоненты со сложной геометрией делает 3D-печатный алюминий идеальным для аэрокосмических применений, таких как теплообменники, кронштейны и структурные компоненты. Автомобили: Снижение веса - одна из главных задач автомобильной промышленности. 3D-печатные алюминиевые компоненты могут использоваться для изготовления таких деталей, как колеса, компоненты двигателя и легкие конструкции шасси. Медицина: Биосовместимые алюминиевые сплавы могут использоваться для создания индивидуальных протезов и имплантатов. |
Ограниченные области применения для компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам: Из-за возможной анизотропии и пористости 3D-печатный алюминий может подойти не для всех высоконагруженных применений. Тщательная разработка и выбор материала имеют решающее значение. |
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос: Какой алюминиевый сплав лучше всего подходит для аддитивного производства?
О: AlSi10Mg - наиболее широко распространенный алюминиевый сплав, обеспечивающий хорошее сочетание текучести, прочности, твердости и коррозионной стойкости в сочетании с совместимостью с различными принтерами.
Вопрос: Влияет ли ориентация сборки на свойства 3D-печатных алюминиевых компонентов?
О: Да, вертикальная сборка может иметь более низкие пределы прочности на растяжение и текучести по сравнению с горизонтальной сборкой из-за послойной конструкции. Механические характеристики также различаются в зависимости от нагружения параллельно или перпендикулярно слоям.
Вопрос: Какие виды термообработки могут улучшить свойства алюминия?
О: Термообработка T6 (солюбилизация с последующим искусственным возрастным упрочнением) некоторых аддитивно изготовленных сплавов, таких как AlSi10Mg, может значительно повысить прочность на разрыв, твердость и пластичность по сравнению с исходным состоянием.
Вопрос: Как улучшить качество поверхности деталей из алюминия, изготовленных аддитивным способом?
О: Различные финишные процедуры, такие как пескоструйная обработка, дробеструйная обработка, лазерная полировка, обработка с ЧПУ, шлифовка или фугование, могут помочь сгладить ступенчатые контуры, которые обычно наблюдаются на готовых алюминиевых поверхностях, полученных в результате порошковой печати.
В: Влияет ли повторное использование алюминиевого порошка на свойства 3D-печатных деталей?
О: Повторное использование алюминиевого порошка до 10-20 раз, как правило, не влияет на механические характеристики. Но после 25 циклов повторного использования ухудшается текучесть порошка, снижается плотность и увеличивается количество кислорода/нитридных примесей, что может привести к ухудшению качества и прочности материала.
