O avanço do material de impressão 3D em metal é a base para o desenvolvimento
Os materiais de impressão 3D de metal são uma importante base de material para o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D de metal. Até certo ponto, o desenvolvimento de materiais determina se a impressão 3D pode ser mais amplamente utilizada. Atualmente, os materiais de impressão 3D de metal incluem principalmente plásticos de engenharia, resinas fotossensíveis, materiais de borracha, materiais metálicos e materiais cerâmicos. campo foi aplicado. Essas matérias-primas usadas na impressão 3D de metal são desenvolvidas especialmente para equipamentos e processos de impressão 3D de metal, que são diferentes dos plásticos comuns, gesso, resinas, etc., e suas formas geralmente são pulverulentas, filamentosas, lamelares e líquidas. espere. Normalmente, dependendo do tipo de equipamento de impressão e das condições operacionais, o tamanho de partícula dos materiais de impressão 3D de metal em pó usados varia de 1 a 100 μm e, para manter uma boa fluidez do pó, geralmente é necessário que o pó tenha um alto grau de esfericidade. .
A pesquisa, o desenvolvimento e a descoberta de materiais de impressão 3D em metal são a base para a promoção e aplicação da tecnologia de impressão 3D em metal e também a garantia fundamental para uma impressão satisfatória. Uma delas é fortalecer a pesquisa e desenvolvimento de materiais e formar um sistema completo de material de impressão. Nos últimos anos, os materiais de impressão 3D em metal se desenvolveram rapidamente. Em 2013, a impressão de material metálico aumentou 28% e, em 2014, atingiu mais de 30%, representando cerca de 12% dos materiais de impressão 3D de metal. Os materiais metálicos são principalmente titânio, alumínio, aço e níquel. Ligas de titânio, ligas de alta temperatura, aço inoxidável, aço de matriz, aço de alta resistência, ligas de aço e ligas de alumínio podem ser usadas como materiais de impressão e têm sido amplamente utilizadas na fabricação, reparo e remanufatura de equipamentos. No entanto, atualmente não existe um sistema de material de impressão 3D de metal e os materiais existentes estão longe de atender às necessidades da impressão 3D de metal.
Os materiais usados para a estereoformação a laser são principalmente materiais inertes de metal, e o próximo passo é tentar outros materiais de impressão de metal ativo. Os pós metálicos tradicionalmente usados na metalurgia do pó não podem atender totalmente aos requisitos da impressão 3D e, atualmente, existem poucos tipos de materiais metálicos que podem ser usados para impressão, e o preço é relativamente alto. Existem algumas empresas estrangeiras especializadas em pó metálico para impressão 3D, como a Sulzer Metco nos Estados Unidos e a Sandvik na Suécia, mas elas só podem fornecer alguns pós metálicos convencionais. A pesquisa e o desenvolvimento de materiais domésticos estão relativamente atrasados e o pó de impressão é muito caro. Como o ciclo de pesquisa e desenvolvimento de materiais é longo e a pesquisa e desenvolvimento é mais difícil do que o de equipamentos, as empresas relutam em conduzir pesquisa e desenvolvimento de materiais para maximizar os interesses. Huanghe Cyclone Co., Ltd. é uma das poucas empresas nacionais envolvidas na produção de micropó de diamante e micropó de CBN. A pesquisa universitária também está interessada em equipamentos e software de impressão 3D, portanto, os materiais de impressão restringem amplamente o desenvolvimento e a aplicação da tecnologia de impressão 3D em metal.
Pós metálicos
Os pós metálicos usados na impressão 3D geralmente requerem alta pureza, boa esfericidade, distribuição de tamanho de partícula estreita e baixo teor de oxigênio. Atualmente, os materiais em pó de metal usados na impressão 3D incluem principalmente ligas de titânio, ligas de cromo-cobalto, aço inoxidável e materiais de liga de alumínio, além de ouro, prata e outros materiais em pó de metais preciosos usados para impressão de joias. O pó metálico de impressão 3D, como o elo mais importante na cadeia da indústria de impressão 3D de peças metálicas, também é onde está o maior valor.
Na "Conferência Mundial da Indústria de Tecnologia de Impressão 3D de 2013", especialistas autorizados na indústria mundial de impressão 3D deram uma definição clara de pó metálico para impressão 3D, que se refere ao grupo de partículas metálicas cujo tamanho é inferior a 1 mm. Incluindo pó de metal único, pó de liga e algum pó composto refratário com propriedades metálicas. Atualmente, os materiais em pó de metal para impressão 3D incluem liga de cromo-cobalto, aço inoxidável, aço industrial, liga de bronze, liga de titânio e liga de níquel-alumínio, etc. tamanho de partícula de pó, distribuição de tamanho de partícula estreita, alta esfericidade, boa fluidez e alta densidade aparente.
Impressão 3D em liga de titânio
A liga de titânio tem as vantagens de resistência a altas temperaturas, alta resistência à corrosão, alta resistência, baixa densidade e biocompatibilidade, e tem sido amplamente utilizada na indústria aeroespacial, química, nuclear, equipamentos esportivos e médicos e outros campos. Peças de liga de titânio preparadas por técnicas tradicionais de forjamento e fundição têm sido amplamente utilizadas em campos de alta tecnologia. A quantidade de titânio usada em uma aeronave Boeing 747 chega a 42,7t. No entanto, a produção de grandes peças de liga de titânio por métodos tradicionais de forjamento e fundição tem dificultado sua aplicação mais ampla devido a fatores desfavoráveis, como alto custo do produto, processo complicado, baixa taxa de utilização de material e difícil processamento subsequente. A tecnologia de impressão 3D de metal pode resolver fundamentalmente esses problemas, de modo que essa tecnologia se tornou uma nova tecnologia para a fabricação direta de peças de liga de titânio nos últimos anos. O desenvolvimento de novas ligas à base de titânio é a principal direção da pesquisa de aplicação da liga de titânio SLM. Devido ao baixo índice de endurecimento por deformação do titânio e ligas de titânio (aproximadamente 0.15), a resistência à deformação plástica e ao desgaste são baixas, o que limita o uso de suas peças sob altas temperaturas e condições de desgaste corrosivo.
Impressão 3D em aço inoxidável
O aço inoxidável tem as características de resistência à corrosão química, resistência a altas temperaturas e boas propriedades mecânicas. Devido à sua boa formabilidade em pó, processo de preparação simples e baixo custo, é o material mais antigo usado na impressão 3D de metal. Por exemplo, a Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, a Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjing, a Universidade do Nordeste e outras instituições realizaram pesquisas aprofundadas sobre impressão 3D de metal. A pesquisa atual está focada principalmente na redução da porosidade, no aumento da resistência e no mecanismo de esferoidização do pó de metal no processo de fusão. Li Ruidi et ai. usou diferentes parâmetros de processo para realizar testes de conformação SLM em pó de aço inoxidável 304L, obteve uma fórmula empírica para a densidade do aço inoxidável 304L e resumiu o mecanismo de crescimento de grão.
Impressão 3D de superligas
As superligas referem-se a uma classe de materiais metálicos à base de ferro, níquel e cobalto que podem funcionar por muito tempo em altas temperaturas acima de 600 graus e sob certos ambientes de estresse. Possui alta resistência a altas temperaturas, boa corrosão térmica e resistência à oxidação e boa plasticidade e tenacidade. Atualmente, de acordo com o tipo de matriz de liga, ela pode ser dividida em três tipos: ligas à base de ferro, ligas à base de níquel e ligas à base de cobalto. As ligas de alta temperatura são usadas principalmente em motores de alto desempenho. Nos modernos motores aeronáuticos avançados, a quantidade de materiais de liga de alta temperatura representa de 40% a 60% da massa total do motor. O desenvolvimento de motores aeronáuticos modernos de alto desempenho tem requisitos cada vez mais altos sobre a temperatura de serviço e o desempenho das superligas. O processo tradicional de metalurgia do lingote tem uma taxa de resfriamento lenta, segregação severa de certos elementos e segundas fases no lingote, baixa trabalhabilidade a quente, estrutura irregular e desempenho instável. A tecnologia de impressão 3D de metal tornou-se um novo método para resolver o gargalo técnico na formação de superligas. A NASA afirmou que no teste de ignição de alta temperatura realizado em 22 de agosto de 2014, o bocal do motor de foguete fabricado pela tecnologia de impressão 3D de metal produziu um empuxo recorde de 9t.
Impressão 3D em liga de alumínio
Como a liga estrutural mais leve, a liga de alumínio tem a possibilidade de substituir o aço e a liga de alumínio em muitos campos de aplicação devido à sua alta resistência especial e propriedades de amortecimento. Por exemplo, a aplicação leve de ligas de alumínio em componentes de automóveis e aeronaves pode reduzir o consumo de combustível e as emissões de escapamento. A liga de alumínio tem degradabilidade in situ, baixo módulo de Young, resistência próxima ao osso humano, excelente biocompatibilidade e tem mais perspectivas de aplicação do que as ligas tradicionais em implantes cirúrgicos.
Desde o surgimento da tecnologia de impressão 3D de metal nos anos 1990, a impressão de materiais poliméricos tem se concentrado gradualmente na impressão de pós metálicos, e um grande número de novas tecnologias, novos equipamentos e novos materiais foram desenvolvidos e aplicado. Atualmente, o ritmo de inovação da tecnologia da informação continua avançando e a produção industrial está entrando em uma nova etapa de inteligência e digitalização. Em 2014, a Alemanha propôs o plano de desenvolvimento "Indústria 4.0", que deve causar mudanças e inovações disruptivas no campo industrial, e a tecnologia de impressão 3D será um poderoso impulso para o desenvolvimento da inteligência industrial. A tecnologia de impressão 3D em pó de metal alcançou certos resultados, mas o gargalo do material afetará inevitavelmente a promoção da tecnologia de impressão 3D, e a tecnologia de impressão 3D apresenta requisitos mais altos para materiais. Existem muitos tipos de materiais metálicos adequados para impressão 3D industrial, mas apenas materiais em pó especiais podem atender aos requisitos da produção industrial.
A direção de desenvolvimento futuro de materiais metálicos de impressão 3D tem principalmente três aspectos:
Uma é como fortalecer a pesquisa sobre a relação entre a estrutura e as propriedades do material com base nos materiais existentes, otimizar ainda mais os parâmetros do processo de acordo com as propriedades dos materiais, aumentar a velocidade de impressão, reduzir a porosidade e o teor de oxigênio e melhorar a qualidade da superfície;
A segunda é desenvolver novos materiais para torná-los adequados para impressão 3D de metal, como o desenvolvimento de novos materiais com excelente resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas e propriedades mecânicas abrangentes;
O terceiro é revisar e melhorar o sistema de padrões técnicos de impressão 3D de materiais em pó metálico para realizar a institucionalização e normalização dos padrões técnicos de impressão de materiais metálicos.