additiv tillverkning aluminium

Aluminium är ett populärt val av metallmaterial för additiv tillverkning och värderas för sitt höga förhållande mellan styrka och vikt, sin utmärkta korrosionsbeständighet, sina termiska egenskaper och sin mekaniska prestanda. Som additiv tillverkning aluminium kvalitet och skrivarförmåga förbättras kan nya högvärdiga applikationer inom flyg- och rymdindustrin, fordonsindustrin, konsumentprodukter och arkitektur dra nytta av komplex tillverkning av aluminiumdelar.

Denna översikt omfattar fördelarna med vanliga aluminiumlegeringar som används i AM-processer som laserpulverbäddfusion (PBF-LB) och direkt energideposition (DED), tillsammans med deras motsvarande egenskaper, efterbehandlingsprocedurer, applikationer och ledande leverantörer. Jämförelsetabeller belyser kompromisserna mellan olika aluminiummaterial och AM-metoder.

Översikt över additiv tillverkning av aluminium

Viktiga fördelar med aluminium för AM-applikationer:

• Lättvikt - låg densitet bidrar till att minska vikten på den tryckta delen
• Hög hållfasthet - många aluminiumlegeringar har sträckgränser på över 500 MPa
• Utmärkt korrosionsbeständighet - ytterskikt av skyddande oxid
• Hög värmeledningsförmåga - potential för värmeavledning
• Goda egenskaper vid förhöjd temperatur - upp till 300-400°C
• Elektriskt ledande - användbart för elektroniktillämpningar
• Låg kostnad - billigare än titan- eller nickellegeringar
• Återvinningsbarhet - pulver kan återanvändas vilket minskar materialkostnaderna

I kombination med designfriheten i AM möjliggör aluminium lättare komponenter med bättre prestanda i alla branscher. Förfiningar inom aluminiumpulverproduktion ger utökade möjligheter att tillverka täta delar som konkurrerar med gjutna och smidda metallurgiska produkter.

Pulvermaterial av aluminiumlegeringar för AM

Aluminiumlegeringar som är optimerade för additiv tillverkning utnyttjar kontrollerad pulverpartikelproduktion i kombination med intelligenta legeringstillsatser för att förbättra egenskaperna.

Vanliga sammansättningar av AM-legeringar av aluminium

Kisel är ett vanligt förstärkande ämne. Spårämnen som Fe, Cu och Mg optimerar egenskaperna. Unika legeringar som Scalmalloy® använder nanopartiklar av skandium-zirkoniumutfällningar för att uppnå ultrahög hållfasthet som överträffar smideslegeringar.

Viktiga egenskaper hos AM-legeringar av aluminium

Högre hållfasthet begränsar det uppnåeliga skiktdjupet innan omsmältningscykler krävs.

Specifikationer för additiv tillverkning aluminium

Kritiska pulveregenskaper som flytbarhet, partikelform och kemisk renhet avgör kvaliteten på AM-bearbetning av aluminium.

Storleksfördelningsstandarder för Al-pulver

Tät kontroll över partikelstorleksfördelning, morfologi och föroreningsnivåer säkerställer täta, felfria tryckta delar.

Kemistandarder för aluminiumtryckpulver

Begränsningar av gasformiga föroreningar förhindrar omfattande porositet eller inre hålrum i tryckta aluminiumkomponenter.

Förfaranden för efterbearbetning för additiv tillverkning aluminium

Vanliga efterbehandlingsmetoder för additivt tillverkade aluminiumdelar inkluderar:

Tekniker för efterbearbetning av aluminium AM

Värmebehandling

T6 värmebehandling - Lösningsuppvärmning och åldringscykler för att förbättra hållfasthet, hårdhet och duktilitet. Nödvändigt för högsta mekaniska prestanda med många Al-legeringar.

Ytbehandling

Maskinbearbetning, blästring eller polering av utvändiga ytor ger måttnoggrannhet och jämn ytfinish. Anodisering kan färga och skydda aluminiumytor.

HIP (het isostatisk pressning)

Hög temperatur + tryck minimerar inre hålrum och porositet. Användbart för läckagekritiska applikationer men ett extra processteg.

Maskinbearbetning

CNC-bearbetning av funktioner som precisionslagerytor eller gängor till AM-delar med nettovorm. Upp till 60% bearbetningsreduktioner uppnås jämfört med traditionell tillverkning.

Tekniker för additiv tillverkning av aluminium

Moderna 3D-skrivare för metall använder selektiv lasersmältning, elektronstrålar eller bindemedelsstrålning för att konstruera komplexa aluminiumkomponenter som är omöjliga att uppnå med konventionella metoder.

Jämförelse av AM-processer för aluminium

Laserbaserade pulverbäddsmetoder erbjuder de bästa allroundmöjligheterna för de flesta funktionella aluminiumkomponenter idag.

Tillämpningar för AM-delar i aluminium

Den låga vikten, höga hållfastheten och de termiska egenskaperna hos aluminium AM gör att det passar kraven från:

Industrier som använder additivt tillverkade aluminiumdelar

Flyg- och rymdindustrin - fästen, förstyvningar, värmeväxlare, UAV-komponenter

Fordon - anpassade konsoler, drivlinor, chassi- och drivlinesystem

Industriell - lättviktsrobotik och verktyg, prototyptillverkning

Arkitektur - utsmyckning, anpassad metallkonst

Konsument - elektronik, kundanpassade produkter

Aluminium AM öppnar upp för nya designmöjligheter som är perfekta för komplexa, verksamhetskritiska applikationer.

Leverantörer av tryckpulver av aluminium

Pulver av aluminiumlegeringar med hög renhet som är särskilt optimerade för additiva tillverkningsprocesser erbjuds av stora leverantörer av metalliska material:

Ledande företag inom aluminiumpulver

Priserna varierar beroende på val av legering, specifikationer för pulverstorlek, partiantal och nödvändiga certifieringar.

VANLIGA FRÅGOR

Vilken aluminiumlegering är bäst lämpad för laserpulverbäddsfusion AM?

AlSi10Mg erbjuder den bästa allround tryckbarheten, mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet för de flesta applikationer med 3D-utskrift med laserpulverbädd av aluminiumlegeringar.

Vilken partikelstorleksfördelning rekommenderas för AM-pulver av aluminium?

En gaussisk kurva med medelstorlek mellan 25-35 μm ger optimal pulverbäddsdensitet och enhetligt smältbeteende med de vanligaste laserpulverbäddsfusionsmaskinerna.

Varför anses Scalmalloy vara en avancerad aluminiumlegering?

Scalmalloy utnyttjar en enhetlig utskiljningsförstärkt struktur för oöverträffad styrka med bibehållen töjning och brottseghet genom en ny skandiumhaltig sammansättning som inte kan uppnås med konventionell aluminiummetallurgi.

Bör värmebehandling användas efter additiv tillverkning med aluminium?

Ja, värmebehandling förbättrar mikrostrukturen och förbättrar de mekaniska egenskaperna för många AM-legeringar av aluminium. En typisk T6-behandling innebär lösningsuppvärmning följt av artificiell åldring, vilket resulterar i betydande förbättringar av egenskaperna på grund av utskiljningsförstärkande fenomen.

Vilka ytbehandlingar är möjliga för AM-aluminiumdelar?

Efter viss maskinbearbetning, slipning, sandning och/eller polering kan ytjämnhetsvärden (Ra) under 10 μm uppnås för additivt tillverkade aluminiumkomponenter beroende på vilken AM-process som används. Mer intensiv ytbehandling kan ge spegelytor av optisk kvalitet. Vanliga ytbehandlingar är även anodisering för förbättrade korrosions- eller slitageegenskaper i kombination med färgalternativ.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser