3D-печать (также известная как аддитивное производство) производит детали из цифровых моделей с использованием послойного метода строительных материалов. 3D-печать широко используется для производства полимеров, металлов, бетона и гидрогелей. Metal AM может производить широкий спектр металлов, но алюминий AM используется для разработки деталей специально для аэрокосмической и автомобильной промышленности.
В частности, аддитивному производству металлов уделяется большое внимание из-за его преимуществ перед традиционными методами производства, такими как литье, формование и механическая обработка.
Аддитивное производство металлов используется в аэрокосмической, нефтегазовой, морской и автомобильной промышленности из-за таких преимуществ, как свобода проектирования деталей, сложность деталей, легкий вес, интеграция деталей и функциональный дизайн. Кроме того, аддитивное производство - это технология производства без инструментов, которая может производить полностью плотные металлические предметы с высокой точностью за меньшее время.
Методы, используемые в 3D-печати алюминия
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) - это метод 3D-печати алюминия с более высокой отделкой поверхности и высокой точностью. Процесс начинается с локального плавления материала с использованием мощного лазера, который затем образует непрерывный слой затвердевшего металла. В этом методе материал и опора детали генерируются одновременно и на основе свойств сплава на основе алюминия параметры процесса могут быть изменены для настройки пористости, микроструктуры и конечных свойств материала.
Электронно-лучевое порошковое слияние представляет собой метод, аналогичный LPBF, в котором электронный пучок используется для затвердевания металлических порошков. Из-за высокой температуры обработки электронного пучка монослой 3D-печатной детали постепенно охлаждается, что приводит к более грубой микроструктуре по сравнению с LPBF.
AlSi10Mg - это алюминиевый сплав, обычно используемый в 3D-печати алюминиевых промышленных применений. Его преимуществами являются высокая прочность, ударная вязкость, динамическая масса, улучшенные тепловые свойства и технологичность сборки.
AlSi7Mg - еще один высокопрочный стальной сплав, используемый в конструкционных компонентах в аэрокосмической, оборонной и автомобильной промышленности. Основными преимуществами 3D-печатного AlSi7Mg являются его легкий вес, коррозионная стойкость и высокая динамическая грузоподъемность.
Кроме того, некоторые исследования продемонстрировали успешную печать Al6061 и Al7075, которые ранее считались несовместимыми с методами аддитивного производства металлов.
Последние исследования в области 3D-печати алюминия
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Ceramics, исследователи из Китая напечатали керамику Al2O3, связанную с фосфатом алюминия, используя метод прямого письма чернилами. Их основным выводом было то, что керамика Al2O3 демонстрировала сверхнизкую размерную усадку из-за добавления неорганических связующих.
Недавние исследования изучили 3D-печатные алюминиевые композитные сэндвич-структуры для аэрокосмической промышленности. 3D-печать композитных сэндвич-конструкций может повысить устойчивость и гибкость производства в аэрокосмической промышленности.
Добавление наноматериалов к алюминию также является последней темой исследований в области металлической 3D-печати. Наноматериалы улучшили механические и тепловые свойства 3D-печатного алюминия, а слияние наночастиц в процессе 3D-печати улучшило производительность 3D-печатного алюминия.
Преимущества алюминиевой 3D-печати
Преимущество алюминиевой 3D-печати заключается в том, что механические свойства алюминия могут быть изменены путем изменения микроструктуры и внутреннего распределения сил. Исследования алюминиевой 3D-печати также продемонстрировали экономию материалов по сравнению с традиционными методами. Высокотехнологичные отрасли, использующие аддитивное производство металлов, продемонстрировали более быстрое изготовление сложных деталей, более высокую прочность материала и преимущества пластичности по сравнению с традиционными методами.
Алюминиевое аддитивное производство также позволяет производить высоко оптимизированные конструкции, которые в противном случае были бы дорогими, трудоемкими или даже невозможными для производства с использованием традиционных методов производства. Кроме того, 3D-печатные алюминиевые детали могут использоваться с другими деталями для создания гибридных структур.
Используя алюминиевую 3D-печать, также можно изготавливать структурные детали с энергопоглощающими свойствами и внутренними арматурными свойствами. Кроме того, нежелательные остаточные напряжения, создаваемые в структурных приложениях, могут быть преобразованы в благоприятные предстрессы.
Проблемы и будущие масштабы алюминиевой 3D-печати
Значительные проблемы остаются в алюминиевой 3D-печати для различных промышленных применений. В некоторых случаях 3D-печать алюминия обходится дороже традиционных методов производства. В металлической 3D-печати существующие методы проектирования должны быть изменены, чтобы приспособиться к изменениям свойств материала и переменной геометрии.
Технология аддитивного производства металлов должна быть более стандартизированной, и необходимо внедрить новые процедуры обеспечения качества, чтобы гарантировать, что изготовленные детали надежны на протяжении всего их жизненного цикла. Пока эти технические и промышленные проблемы решаются, алюминиевая 3D-печать имеет большой потенциал для применения в различных отраслях промышленности.