Terobosan bahan cetak 3D logam adalah dasar untuk pengembangan
Bahan cetak 3D logam merupakan bahan dasar penting untuk pengembangan teknologi cetak 3D logam. Sampai batas tertentu, pengembangan bahan menentukan apakah pencetakan 3D dapat digunakan secara lebih luas. Saat ini, bahan cetak 3D logam terutama meliputi plastik rekayasa, resin fotosensitif, bahan karet, bahan logam, dan bahan keramik. lapangan telah diterapkan. Bahan baku yang digunakan dalam pencetakan 3D logam ini secara khusus dikembangkan untuk peralatan dan proses pencetakan 3D logam, yang berbeda dari plastik biasa, gipsum, resin, dll., Dan bentuknya umumnya bubuk, berserabut, pipih, dan cair. Tunggu. Biasanya, tergantung pada jenis peralatan pencetakan dan kondisi pengoperasian, ukuran partikel bahan cetak 3D logam bubuk yang digunakan berkisar antara 1 hingga 100 μm, dan untuk menjaga fluiditas bubuk yang baik, bubuk umumnya harus memiliki a tingkat kebulatan yang tinggi. .
Penelitian dan pengembangan serta terobosan bahan cetak 3D logam menjadi dasar untuk promosi dan penerapan teknologi cetak 3D logam, dan juga jaminan dasar untuk pencetakan yang memuaskan. Salah satunya adalah memperkuat penelitian dan pengembangan bahan dan membentuk sistem bahan cetak yang lengkap. Dalam beberapa tahun terakhir, bahan cetak 3D logam telah berkembang pesat. Pada 2013, pencetakan bahan logam meningkat sebesar 28 persen , dan pada 2014 mencapai lebih dari 30 persen , terhitung sekitar 12 persen dari bahan pencetakan 3D logam. Bahan logam terutama titanium, aluminium, baja dan nikel. Paduan titanium, paduan suhu tinggi, baja tahan karat, baja mati, baja berkekuatan tinggi, baja paduan dan paduan aluminium dapat digunakan sebagai bahan cetak, dan telah banyak digunakan dalam pembuatan dan perbaikan serta pembuatan ulang peralatan. Namun, saat ini belum ada sistem material metal 3D printing, dan material yang ada masih jauh dari kebutuhan metal 3D printing.
Bahan yang digunakan untuk stereoforming laser sebagian besar adalah bahan lembam logam, dan langkah selanjutnya adalah mencoba bahan cetak logam aktif lainnya. Serbuk logam yang secara tradisional digunakan dalam metalurgi serbuk tidak dapat sepenuhnya memenuhi persyaratan pencetakan 3D, dan saat ini hanya ada sedikit jenis bahan logam yang dapat digunakan untuk pencetakan, dan harganya relatif tinggi. Ada beberapa perusahaan asing yang berspesialisasi dalam bubuk logam untuk pencetakan 3D, seperti Sulzer Metco di Amerika Serikat dan Sandvik di Swedia, tetapi mereka hanya dapat menyediakan beberapa bubuk logam konvensional. Penelitian dan pengembangan bahan dalam negeri relatif tertinggal, dan bubuk cetak terlalu mahal. Karena siklus penelitian dan pengembangan material panjang dan penelitian dan pengembangan lebih sulit daripada peralatan, perusahaan enggan melakukan penelitian dan pengembangan material di luar kepentingan maksimal. Huanghe Cyclone Co., Ltd. adalah salah satu dari sedikit perusahaan domestik yang bergerak dalam produksi bubuk mikro intan dan bubuk mikro CBN. Penelitian universitas juga tertarik pada peralatan dan perangkat lunak pencetakan 3D, sehingga bahan pencetakan sebagian besar membatasi pengembangan dan penerapan teknologi pencetakan 3D logam.
Serbuk logam
Serbuk logam yang digunakan dalam pencetakan 3D umumnya membutuhkan kemurnian tinggi, kebulatan yang baik, distribusi ukuran partikel yang sempit, dan kandungan oksigen yang rendah. Saat ini, bahan serbuk logam yang digunakan dalam pencetakan 3D terutama meliputi paduan titanium, paduan kobalt-kromium, baja tahan karat dan bahan paduan aluminium, selain emas, perak, dan bahan bubuk logam mulia lainnya yang digunakan untuk mencetak perhiasan. Serbuk logam pencetakan 3D, sebagai mata rantai terpenting dalam rantai industri pencetakan 3D dari komponen logam, juga merupakan nilai terbesar.
Pada "Konferensi Industri Teknologi Pencetakan 3D Dunia 2013", pakar resmi di industri pencetakan 3D dunia memberikan definisi yang jelas tentang bubuk logam pencetakan 3D, yang mengacu pada kelompok partikel logam yang ukurannya kurang dari 1mm. Termasuk bubuk logam tunggal, bubuk paduan dan beberapa bubuk senyawa tahan api dengan sifat logam. Saat ini, bahan bubuk logam cetak 3D termasuk paduan kromium kobalt, baja tahan karat, baja industri, paduan perunggu, paduan titanium dan paduan aluminium nikel, dll. Namun, selain plastisitas yang baik, bubuk logam cetak 3D juga harus memenuhi persyaratan halus ukuran partikel bubuk, distribusi ukuran partikel sempit, kebulatan tinggi, fluiditas baik dan kerapatan curah tinggi.
Pencetakan Titanium Paduan 3D
Paduan titanium memiliki keunggulan ketahanan suhu tinggi, ketahanan korosi tinggi, kekuatan tinggi, kepadatan rendah dan biokompatibilitas, dan telah banyak digunakan di ruang angkasa, industri kimia, industri nuklir, peralatan olahraga dan peralatan medis dan bidang lainnya. Bagian paduan titanium yang disiapkan dengan teknik tempa dan pengecoran tradisional telah banyak digunakan di bidang teknologi tinggi. Jumlah titanium yang digunakan dalam pesawat Boeing 747 mencapai 42,7 ton. Namun, produksi bagian paduan titanium besar dengan metode penempaan dan pengecoran tradisional telah menghambat penerapannya yang lebih luas karena faktor-faktor yang tidak menguntungkan seperti biaya produk yang tinggi, proses yang rumit, tingkat pemanfaatan bahan yang rendah, dan pemrosesan selanjutnya yang sulit. Teknologi pencetakan 3D logam pada dasarnya dapat menyelesaikan masalah ini, sehingga teknologi ini telah menjadi teknologi baru untuk pembuatan bagian paduan titanium secara langsung dalam beberapa tahun terakhir. Pengembangan paduan berbasis titanium baru adalah arah utama dari penelitian aplikasi SLM paduan titanium. Karena indeks pengerasan regangan titanium dan paduan titanium rendah (sekitar 0.15), ketahanan terhadap deformasi geser plastik dan ketahanan aus buruk, yang membatasi penggunaan bagian-bagiannya di bawah suhu tinggi dan kondisi keausan korosif.
Pencetakan 3D baja tahan karat
Stainless steel memiliki karakteristik ketahanan korosi kimia, ketahanan suhu tinggi dan sifat mekanik yang baik. Karena kemampuan bentuk bubuknya yang baik, proses persiapan yang sederhana dan biaya rendah, ini adalah bahan paling awal yang digunakan dalam pencetakan logam 3D. Misalnya, Universitas Sains dan Teknologi Huazhong, Universitas Aeronautika dan Astronautika Nanjing, Universitas Northeastern dan institusi lain telah melakukan penelitian mendalam tentang pencetakan 3D logam. Penelitian saat ini terutama difokuskan pada pengurangan porositas, peningkatan kekuatan, dan mekanisme spheroidisasi serbuk logam dalam proses peleburan. Li Ruidi dkk. menggunakan parameter proses yang berbeda untuk melakukan uji pembentukan SLM pada serbuk baja tahan karat 304L, memperoleh rumus empiris untuk kerapatan baja tahan karat 304L, dan meringkas mekanisme pertumbuhan butir.
Pencetakan 3D superalloy
Superalloy mengacu pada kelas bahan logam berdasarkan besi, nikel, dan kobalt yang dapat bekerja dalam waktu lama pada suhu tinggi di atas 600 derajat dan di bawah tekanan lingkungan tertentu. Ini memiliki kekuatan suhu tinggi yang tinggi, korosi termal dan ketahanan oksidasi yang baik, dan plastisitas dan ketangguhan yang baik. Saat ini, menurut jenis matriks paduan, secara kasar dapat dibagi menjadi tiga jenis: paduan berbasis besi, berbasis nikel dan berbasis kobalt. Paduan suhu tinggi terutama digunakan pada mesin berperforma tinggi. Dalam mesin aero canggih modern, jumlah bahan paduan suhu tinggi menyumbang 40 persen hingga 60 persen dari total massa mesin. Pengembangan mesin aero modern berperforma tinggi memiliki persyaratan yang semakin tinggi pada suhu servis dan performa superalloy. Proses metalurgi ingot tradisional memiliki laju pendinginan yang lambat, pemisahan elemen tertentu yang parah dan fase kedua dalam ingot, kemampuan kerja panas yang buruk, struktur yang tidak rata, dan kinerja yang tidak stabil. Teknologi pencetakan 3D logam telah menjadi metode baru untuk memecahkan hambatan teknis dalam pembentukan superalloy. NASA mengklaim bahwa dalam uji pengapian suhu tinggi yang dilakukan pada 22 Agustus 2014, nosel mesin roket yang diproduksi dengan teknologi pencetakan 3D logam menghasilkan rekor dorong 9t.
Pencetakan 3D paduan aluminium
Sebagai paduan struktural paling ringan, paduan aluminium memiliki kemungkinan untuk menggantikan baja dan paduan aluminium di banyak bidang aplikasi karena kekuatan khusus dan sifat peredamnya yang tinggi. Sebagai contoh, penerapan paduan aluminium yang ringan pada komponen mobil dan pesawat terbang dapat mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Paduan aluminium memiliki degradabilitas in-situ, modulus Young yang rendah, kekuatan yang dekat dengan tulang manusia, biokompatibilitas yang sangat baik, dan memiliki lebih banyak prospek aplikasi daripada paduan tradisional dalam implantasi bedah.
Sejak kemunculan teknologi pencetakan 3D logam pada tahun 1990an, pencetakan bahan polimer secara bertahap berfokus pada pencetakan bubuk logam, dan sejumlah besar teknologi baru, peralatan baru, dan bahan baru telah dikembangkan dan terapan. Saat ini, laju inovasi teknologi informasi terus meningkat, dan produksi industri memasuki tahap baru kecerdasan dan digitalisasi. Pada tahun 2014, Jerman mengusulkan rencana pengembangan "Industri 4.0", yang pasti akan menyebabkan perubahan dan inovasi yang mengganggu di bidang industri, dan teknologi pencetakan 3D akan menjadi pendorong yang kuat untuk pengembangan kecerdasan industri. Teknologi pencetakan 3D bubuk logam telah mencapai hasil tertentu, tetapi hambatan material pasti akan mempengaruhi promosi teknologi pencetakan 3D, dan teknologi pencetakan 3D mengedepankan persyaratan bahan yang lebih tinggi. Ada banyak jenis bahan logam yang cocok untuk pencetakan 3D industri, tetapi hanya bahan serbuk khusus yang dapat memenuhi persyaratan produksi industri.
Arah pengembangan bahan logam pencetakan 3D di masa depan terutama memiliki tiga aspek:
Salah satunya adalah bagaimana memperkuat penelitian tentang hubungan antara struktur dan sifat material berdasarkan material yang ada, lebih lanjut mengoptimalkan parameter proses sesuai dengan sifat material, meningkatkan kecepatan pencetakan, mengurangi porositas dan kandungan oksigen, serta meningkatkan kualitas permukaan;
Yang kedua adalah mengembangkan material baru agar cocok untuk pencetakan 3D logam, seperti mengembangkan material baru dengan ketahanan korosi yang sangat baik, ketahanan suhu tinggi, dan sifat mekanik yang komprehensif;
Ketiga, merevisi dan menyempurnakan sistem standar teknis bahan serbuk logam cetak 3D untuk mewujudkan pelembagaan dan normalisasi standar teknis cetak bahan logam.