aditivní výroba hliníku

Hliník je oblíbeným kovovým materiálem pro aditivní výrobu, který je ceněn pro svůj vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, vynikající odolnost proti korozi, tepelné vlastnosti a mechanické vlastnosti. Jako aditivní výroba hliníku kvalita a schopnosti tiskáren se zlepšují, mohou z výroby komplexních hliníkových dílů těžit nové vysoce hodnotné aplikace v letectví, automobilovém průmyslu, spotřebním zboží a architektuře.

Tento přehled se zabývá výhodami běžných hliníkových slitin používaných v procesech AM, jako je laserová fúze v práškovém loži (PBF-LB) a přímé nanášení energie (DED), spolu s jejich odpovídajícími vlastnostmi, postupy následného zpracování, aplikacemi a předními dodavateli. Srovnávací tabulky zdůrazňují kompromisy mezi různými hliníkovými materiály a metodami AM.

Přehled aditivní výroby hliníku

Hlavní výhody hliníku pro aplikace AM:

• Nízká hmotnost - nízká hustota pomáhá snížit hmotnost tištěného dílu
• Vysoká pevnost - mnohé hliníkové slitiny mají meze kluzu vyšší než 500 MPa.
• Vynikající odolnost proti korozi - ochranná oxidová vnější vrstva
• Vysoká tepelná vodivost - potenciál odvodu tepla
• Dobré vlastnosti při zvýšených teplotách - až do 300-400 °C
• Elektricky vodivé - vhodné pro aplikace v elektronice
• Nízké náklady - levnější než titan nebo slitiny niklu
• Recyklovatelnost - prášky lze znovu použít, což snižuje náklady na materiál.

V kombinaci s volností konstrukce AM umožňuje hliník vyrábět lehčí a výkonnější komponenty v různých průmyslových odvětvích. Zdokonalení výroby hliníkových prášků umožňuje rozšířit možnosti výroby hustých dílů, které konkurují litým a tepaným kovům.

Práškové materiály z hliníkových slitin pro AM

Hliníkové slitiny optimalizované pro aditivní výrobu využívají řízenou výrobu částic prášku ve spojení s inteligentními legujícími přísadami pro zlepšení vlastností.

Běžné složení hliníkové slitiny AM

Křemík je běžným posilovačem. Stopové prvky jako Fe, Cu, Mg optimalizují vlastnosti. Unikátní slitiny, jako je Scalmalloy®, využívají nanočástice skandium-zirkoniové sraženiny k dosažení velmi vysokých pevností převyšujících pevnost tepaných slitin.

Klíčové vlastnosti slitin hliníku AM

Vyšší pevnosti omezují dosažitelnou hloubku jedné vrstvy před nutností přetavovacích cyklů.

Specifikace pro aditivní výroba hliníku

Kritické vlastnosti prášku, jako je tekutost, tvar částic a chemická čistota, určují kvalitu zpracování hliníku AM.

Normy distribuce velikosti pro Al prášek

Přísná kontrola distribuce velikosti částic, morfologie a úrovně znečištění zajišťuje husté vytištěné díly bez vad.

Chemické normy pro hliníkové tiskové prášky

Omezení plynných nečistot zabraňuje rozsáhlé pórovitosti nebo vnitřním dutinám v tištěných hliníkových součástech.

Postprocesy následného zpracování pro aditivní výroba hliníku

Mezi běžné metody následného zpracování aditivně vyráběných hliníkových dílů patří:

Techniky následného zpracování hliníku AM

Tepelné zpracování

Tepelné zpracování T6 - cykly zahřívání a stárnutí roztokem pro zvýšení pevnosti, tvrdosti a tažnosti. Nezbytné pro dosažení nejvyšších mechanických parametrů u mnoha Al slitin.

Povrchová úprava

Obrábění, tryskání nebo leštění vnějších povrchů zajišťuje rozměrovou přesnost a hladkou povrchovou úpravu. Eloxováním lze zbarvit a chránit hliníkové povrchy.

HIP (izostatické lisování za tepla)

Vysoká teplota + tlak minimalizují vnitřní dutiny a pórovitost. Užitečné pro aplikace s kritickými podmínkami těsnosti, ale je to další procesní krok.

Obrábění

CNC obrábění prvků, jako jsou přesné ložiskové plochy nebo závity, do dílů AM s čistým tvarem. Oproti tradiční výrobě se dosahuje až 60% redukce obrábění.

Aditivní výrobní techniky pro hliník

Moderní kovové 3D tiskárny využívají selektivní laserové tavení, elektronové paprsky nebo tryskání pojiva ke konstrukci složitých hliníkových součástí, které jsou běžnými metodami nedosažitelné.

Srovnání procesů AM s hliníkem

Přístupy založené na laserovém práškovém loži nabízejí v současnosti nejlepší všestranné možnosti pro většinu funkčních hliníkových komponent.

Aplikace hliníkových dílů AM

Lehký, vysoce pevný a tepelně odolný hliník AM vyhovuje požadavkům:

Odvětví využívající aditivně vyráběné hliníkové díly

Aerospace - držáky, výztuhy, výměníky tepla, součásti UAV

Automobilový průmysl - zakázkové držáky, hnací ústrojí, podvozky a hnací ústrojí

Průmyslový - lehká robotika a nástroje, prototypování.

Architektura - ornamenty, zakázkové kovové umění

Spotřebitel - elektronika, výrobky na míru

Hliníková AM odemyká nové konstrukční možnosti ideální pro složité kritické aplikace.

Dodavatelé hliníkových tiskových prášků

Vysoce čisté prášky z hliníkových slitin optimalizované speciálně pro aditivní výrobní procesy nabízejí hlavní dodavatelé kovových materiálů:

Přední hliníkové práškové společnosti

Ceny se liší v závislosti na výběru slitiny, specifikaci velikosti prášku, množství šarže a požadovaných certifikacích.

FAQ

Jaká hliníková slitina je nejvhodnější pro laserovou fúzi v práškovém loži?

AlSi10Mg nabízí nejlepší všestrannou tisknutelnost, mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi pro většinu aplikací laserového 3D tisku hliníkových slitin v práškovém loži.

Jaká distribuce velikosti částic se doporučuje pro hliníkové prášky AM?

Gaussova křivka s průměrnou velikostí mezi 25-35 μm zajišťuje optimální hustotu práškového lože a rovnoměrné chování při tavení u většiny běžných laserových strojů pro tavení v práškovém loži.

Proč je slitina Scalmalloy považována za pokročilou hliníkovou slitinu?

Slitina Scalmalloy využívá rovnoměrnou strukturu zpevněnou precipitací, která zajišťuje bezkonkurenční pevnost při zachování slušného prodloužení a lomové houževnatosti díky novému složení obsahujícímu skandium, které je v běžné metalurgii hliníku nedosažitelné.

Mělo by se po aditivní výrobě hliníku používat tepelné zpracování?

Ano, tepelné zpracování zlepšuje mikrostrukturu a zlepšuje mechanické vlastnosti mnoha hliníkových slitin AM. Typické zpracování T6 zahrnuje zahřívání roztokem a následné umělé stárnutí, které vede k výraznému zlepšení vlastností díky jevům zpevnění srážením.

Jaké povrchové úpravy jsou možné u hliníkových dílů AM?

Po některých operacích obrábění, broušení, pískování a/nebo leštění lze u aditivně vyráběných hliníkových součástí dosáhnout hodnot drsnosti povrchu (Ra) pod 10 μm v závislosti na použitém procesu AM. Intenzivnější povrchová úprava může zajistit zrcadlové povrchy optické kvality. Mezi běžné povrchové úpravy patří také eloxování pro zlepšení korozních vlastností nebo vlastností proti opotřebení v kombinaci s možnostmi barvení.

znát více procesů 3D tisku