3D-печать алюминиевых сплавов

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.

узнать больше о процессах 3D-печати