近几年来,增材制造已成为席卷整个行业的新流行语,这种通常被称为3D打印的技术,正在迅速发展,它正在改变事物的制造方式,并具有彻底改变制造业的潜力。

尽管许多人认为3D制造是一种廉价,快速且重复地制造塑料物体的方法,但许多其他材料也在试验中。这包括铝等金属。尽管设计师和工程师多年来一直在使用高性能合金(例如钛和镍),但人们越来越关注铝合金在增材制造应用中的可能用途。

3D打印

今天,我们将讨论铝在3D打印中的当前用途以及未来的前景。

什么是增材制造?

术语“ 3D打印”是指许多过程,这些过程涉及在计算机的指导下将材料接合或固化以形成三维物体。由于材料是通过逐层过程添加在一起的,因此也称为增材制造。这与传统的制造方法相反,在传统的制造方法中,从物体上去除材料(所谓的减材制造)或将其倒入模具中。

尽管该技术至少在90年代就已经存在,但在精度,可重复性和材料选择方面的新进展才使3D打印作为一种工业生产技术在商业上可行。3D打印主要优点之一是能够创建非常复杂的形状。而且由于零件是基于数字3D模型或CAD文件生产的,因此每个输出的零件几乎都是相同的。成本也继续下降,使其更具可行性。

3D打印如何与金属材料一起使用?

目前,大多数人都熟悉的3D打印类型涉及使用塑料聚合物,因为这些材料的价格便宜且易于使用。但是,金属增材制造正在迅速普及。

该过程通常依赖于使用金属粉末,该粉末被送入3D打印机,然后通过各种技术(例如,使用激光或加热的喷嘴)一起模制在一起。已经使用的其他形式的金属包括金属丝,金属片或液体。

当前,存在三种可大规模购得的金属添加剂工艺。这些中的第一个依靠基于激光的机器,其中金属粉末被熔化并与激光电子束融合。不同类型的机器包括直接金属激光烧结,选择性激光熔化和电子束熔化。下一种方法称为金属喷射技术。这些机器以一层一层的过程固化光敏模塑粉末。第三类适用于注入熔炉的合金,并且依赖于将金属粉末颗粒与液体粘合剂结合在一起。

这些机器往往非常昂贵,并且代表着巨大的投资,但有可能很快得到回报。过去,这些技术仅用于原型,而越来越多的行业正在通过增材制造来生产成品金属零件。与传统制造方法相比,3D打印具有非常明显的竞争优势。

铝如何用于增材制造?

在接下来的十年中,铝在3D打印应用中的使用预计将会有很大的增长潜力。每个制造商,特别是那些已经在使用铝的制造商,都需要引起注意。

在增材制造的早期,工程师发现铝的特殊属性对铝的加工带来了很大的挑战。但这导致了铝方面的两个独立发展。一种是专门利用AM工艺制造的新型高性能铝合金。其次,铝解决方案已经专门为压铸应用开发。这两个途径一直引领着铝在3D打印应用中的普及。

目前常用的铝粉很可能是过共晶铸造合金成分。它们由非常小的球形粉末颗粒组成。粒子的大小从10到75微米(千分之一毫米)不等。重要的是要注意,对于附加制造工艺,颗粒需要尽可能接近球形,以在工艺过程中保持适当的流动,并确保成品零件具有足够的机械性能。

并非所有的铝增材制造都以粉末为主要材料。铝线也很流行,实际上可以与多种合金一起使用。线材通过电子束发射器形成最终零件,该电子束发射器从线材原料中逐层沉积铝。这是当前可行方法中较快的方法,并且最终零件的尺寸仅受真空室尺寸的限制。

增材制造领域的新发展为我们提供了铝3D打印的未来前景的预览。这种方法被称为纳米功能化,并且正在流行的合金(如6061和7075)上进行测试。将纳米功能化的铝粉送入机器中,然后用激光加热直至形成所需的形状。该技术的主要优点之一是,由于纳米颗粒充当成核位点,最终结构保留了合金强度而不会破裂。

铝3D打印已经在许多关键行业中广泛使用,例如航空航天,国防和医疗应用。有能力进行投资的大型公司可以自己购买大型打印机,而小型企业可以求助于提供3D打印解决方案的第三方公司。