AlSi10Mg для металлической 3D-печати: Определяющее руководство

AlSi10Mg - популярный алюминиевый сплав, используемый в металлической 3D-печати, предлагающий хорошее сочетание механических свойств, веса, коррозионной стойкости и возможности печати. В этой статье представлен полный обзор AlSi10Mg, включая его состав, свойства, параметры печати, области применения, поставщиков и многое другое для принятия решений в области металлической AM-печати.

Обзор Сплав AlSi10Mg

AlSi10Mg - алюминиевый литейный сплав, обладающий превосходной прочностью, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Обладая низкой плотностью по сравнению со сталями, он позволяет изготавливать детали меньшего веса. Добавление кремния и магния обеспечивает хорошие характеристики текучести, что делает AlSi10Mg широко используемым сплавом в различных процессах 3D-печати металлов.

Основные свойства и характеристики:

• Алюминиевый сплав с 10% кремния, 0,3% магния
• Низкая плотность - 2,68 г/см3
• Хорошая прочность и твердость
• Отличная коррозионная стойкость
• Хорошая свариваемость и обрабатываемость
• Широко доступны, относительно низкая стоимость
• Требуется термообработка для достижения оптимальных механических свойств

Процессы 3D-печати по металлу: Селективное лазерное плавление (SLM), электронно-лучевое плавление (EBM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

Приложения: Аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, автоспорт, промышленные компоненты, здравоохранение

Стандарты: AMS 4150, AlSi10Mg(Fe)

Механические свойства деталей из AlSi10Mg

AlSi10Mg закален осаждением для достижения оптимальной прочности и твердости путем термообработки. Точные значения свойств зависят от параметров сборки, ориентации и последующей обработки.

Механические свойства AlSi10Mg

Недвижимость	As-Built	Термическая обработка
Предельная прочность на разрыв	~300 МПа	~420 МПа
Предел текучести (смещение Rp 0,2%)	~160 МПа	~290 МПа
Удлинение при разрыве	~8%	3-5%
Твердость	~80 HBW	~130 HBW

Факторы, влияющие на свойства: Ориентация сборки, толщина слоя, параметры лазера, термообработка, механическая обработка

Термическая обработка: Термическая обработка раствором с последующим старением

Ключевые преимущества: Более высокое соотношение прочности и веса по сравнению со сталью, хорошая коррозионная стойкость

Печать AlSi10Mg для 3D-печати металлов

Для получения полностью плотных деталей с хорошими механическими характеристиками AlSi10Mg требуются оптимизированные параметры печати, адаптированные к процессу 3D-печати по металлу.

Печать AlSi10Mg: Сравнение процессов

	SLM	EBM	DMLS
Постройте камеру	Инертный аргон	Вакуум	Инертный аргон
Источник тепла	Волоконный лазер	Электронный луч	иттербиевый лазер
Прогиб балки	Гальвосканер	Магнитные катушки	Гальвосканер
Толщина слоя (мкм)	20 - 100	50 - 200	20 - 100
Типичная скорость сканирования (м/с)	До 10	До 10	До 7
Фокус луча (мкм) ≤100	≥200	≤100
**Минимальный размер детали (мм)**≤1	≥2	≤1
Качество поверхности (Ra)	8 - 15 мкм	15 - 25 мкм	8 - 15 мкм

Ключевые рекомендации по печати:

• Поддерживайте постоянную теплоотдачу между слоями
• Используйте опорные конструкции для свесов >45°
• Ориентируйте детали для уменьшения остаточных напряжений
• Равномерная толщина слоя и расстояние между люками

Постобработка: Термообработка, горячее изостатическое прессование (HIP), механическая обработка, шлифовка, полировка

Применение AlSi10Mg в 3D-печати

Легкий, прочный и коррозионностойкий сплав AlSi10Mg находит широкое применение в аэрокосмической, автомобильной, промышленной и медицинской отраслях.

Промышленность	Приложения	Преимущества
Аэрокосмическая промышленность	Конструктивные кронштейны, элементы планера, теплообменники	● Облегчение ● Хорошая прочность при повышенных температурах ● Коррозионная стойкость
Автомобильная промышленность	Облегченное шасси, детали трансмиссии, индивидуальная отделка	● Облегчение ● Высокая прочность по отношению к весу
Промышленность	Легкие конструкции, коллекторы, теплоотводы	● Коррозионная стойкость ● Теплопроводность ● Экономичность
Здравоохранение	Нестандартные ортопедические имплантаты, хирургические инструменты	● Биосовместимость ● Легкий вес ● Высокая точность

• AlSi10Mg позволяет создавать легкие конструкции, которые невозможно изготовить обычными методами
• Возможность консолидации деталей и оптимизации топологии позволяет увеличить производительность
• 3D-печать позволяет производить небольшие объемы продукции по индивидуальному заказу по сравнению с процессами литья

Где купить Порошок AlSi10Mg для аддитивного производства

Высокочистый порошок AlSi10Mg, предназначенный для процессов AM, можно приобрести у ведущих поставщиков металлических порошков:

Поставщики порошка AlSi10Mg

Поставщик	Назначение изделия	Морфология порошка
Met3DP	AlSi10Mg	Сферическая
Sandvik Osprey	Osprey AlSi10Mg	Сферическая
Столярная присадка	AlSi10Mg	Атомизированный
AP&C	Характеристики AlSi10Mg	Сферическая
Решения SLM	AlSi10Mg	Сферическая

• Диапазон цен $100-150 USD/кг
• Покупайте у надежных поставщиков, предоставляющих полную информацию о составе и гранулометрическом составе
• Используйте мелкий порошок (~25-45 мкм) с хорошей текучестью и высокой плотностью

Основные свойства порошка:

• Сферичность >85% оптимальна, текучесть >25s/50g с использованием воронки-флоуметра Холла

AlSi10Mg порошок цена за килограмм

Цена порошка AlSi10Mg для металлической 3D-печати зависит от таких факторов, как:

• Качество и сферичность порошка
• Количество закупок
• Марка поставщика

Типичный диапазон цен: $100 - $150 за кг.

Оптовые заказы >500 кг обеспечивают максимальную экономию. Небольшие объемы НИОКР <5 кг продаются по премиальным ценам.

AlSi10Mg цена за кг - сравнение

Поставщик	Тип порошка	Цена за кг
Met3DP	AlSi10Mg	$120
Sandvik Osprey	AlSi10Mg Osprey	$130
Столярная присадка	Распыление газа	$150
Решения SLM	AlSi10Mg Eiger	$130

• Цены ориентировочные за 1 кг
• Нестандартные сплавы и более тщательное просеивание доступны по более высоким ценам
• Цены в Азиатско-Тихоокеанском регионе ниже примерно на 20%

Советы по экономии:

• Сравните цены у нескольких ведущих поставщиков
• При покупке больших объемов скидка на количество до 40% ниже ставки за кг.
• Рассмотрите возможность использования порошков более низкого качества для создания прототипов перед окончательным применением

Поэтому при покупке AlSi10Mg для металлической 3D-печати делайте конкурентные предложения и обсуждайте оптимальные спецификации порошка и бюджеты с экспертами AM.

Рекомендации по проектированию и ограничения для деталей из AlSi10Mg

При проектировании деталей из AlSi10Mg учитывайте свойства сплавов и ограничения процесса AM:

Правила проектирования AlSi10Mg

Характеристика	Правило большого пальца	Причина
Толщина стенки	1-2 мм	Предельная пористость, достижимая шероховатость поверхности
Углы свесов	> 45° без опоры	Предотвращение деформации, повышение точности
Отверстия/цилиндры	>Вертикальный, >Ø 5 мм	Предотвращение неточностей в горизонтальных отверстиях
Тонкие черты	>0,5-1 мм	Ограничено разрешением процесса AM
Допуски	± 0,2% или ±150 мкм	Учет усадки, тепловых напряжений

• Сведите к минимуму большие выступы, незакрепленные геометрические формы
• Включите структурные опоры для предотвращения деформации, сохранения допусков
• Ориентация на снижение остаточных напряжений из-за тепловых градиентов

Постобработка

• Термическая обработка снижает обрабатываемость
• Финишная обработка обычно требуется для получения точных отверстий, подгонки

Ограничения Против литых деталей:

• Более высокая стоимость при небольших объемах <100 единиц
• Максимальный размер детали ограничен размерами принтера

Часто задаваемые вопросы о сплаве AlSi10Mg

Вопрос: Является ли AlSi10Mg легко свариваемым материалом?

О: Да, AlSi10Mg можно сваривать с помощью таких сварочных процессов, как TIG-сварка. Используйте алюминиевый присадочный сплав 4043. Он обладает отличной свариваемостью по сравнению с более прочными алюминиевыми сплавами 2xxx и 7xxx.

Вопрос: Можете ли вы шлифовать/полировать детали из AlSi10Mg?

О: Печатные детали из AlSi10Mg можно шлифовать, обрабатывать, шлифовать и механически или химически полировать для получения гладкой поверхности. Последующую обработку легче проводить перед термообработкой раствором и старением, когда сплав более мягкий.

Вопрос: Является ли AlSi10Mg биосовместимым для медицинских имплантатов?

О: Да, после правильной постобработки AlSi10Mg соответствует стандарту ASTM F3001 для градуированных имплантационных материалов. Перед использованием необходимо убедиться в плотности >99,5% и провести надлежащее тестирование на рост клеток.

Вопрос: Требуется ли термическая обработка AlSi10Mg?

О: Для получения оптимальных механических свойств и твердости в результате закалки осаждением настоятельно рекомендуется термическая обработка раствором (540°C) с последующим старением (150-170°C).

Вопрос: Какой точности и качества поверхности можно достичь при изготовлении деталей из AlSi10Mg?

О: Точность размеров до ±100 мкм возможна для деталей AlSi10Mg AM. Шероховатость поверхности в готовом виде составляет 8-15 мкм (Ra) после финишной обработки среднего качества, улучшаясь до <1 мкм при прецизионной обработке с ЧПУ.