لقد احتلت الطباعة المعدنية 3D ، المعروفة أيضًا باسم الانصهار المعدني ، أسواقًا جديدة في قطاعات الطيران والطب والبناء والسيارات في السنوات القليلة الماضية بفضل مزاياها وميزاتها التي لا تضاهى. في الوقت الحاضر ، 3D تكنولوجيا الطباعة المعدنية سريعة ورخيصة نسبيا ، ويمكن أيضا أن تستخدم لإنشاء هياكل كبيرة. تتضمن تقنية الطباعة بشكل رئيسي تلبيد ليزر انتقائي (SLS) ، انصهار شعاع الالكترون (EBM) ، انصهار ليزر انتقائي (SLM) وشكل ليزر معالج هندسي (LENS). تستخدم SLM مصدر ليزر عالي الطاقة يمكن أن يذوب مجموعة متنوعة من مسحوق المعادن ، وهي الطريقة الأكثر استخدامًا. مسحوق المعادن المستخدمة لطابعات 3D في المحلية والأجنبية عموما هي: الصلب أداة ، الفولاذ Martensitic ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، التيتانيوم الخالص وسبائك التيتانيوم ، وسبائك الألومنيوم ، وسبائك النيكل ، وسبائك سبيكة النحاس ، وسبائك الكوبالت والكروم وهلم جرا.
ستانلس ستيل
ستانلس ستيل هي أول مادة تستخدم في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد نظرًا لمقاومتها الكيميائية الجيدة ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية وخصائصها الميكانيكية الجيدة. في الوقت الحاضر ، هناك ثلاثة أنواع أساسية من الفولاذ المقاوم للصدأ المطبقة في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد: الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيت 3L ، والفولاذ المقاوم للصدأ Martensite 3-316PH والفولاذ المقاوم للصدأ Martensite 15-5PH.
يمكن تقلل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 316L ، ذو المقاومة العالية والمقاومة للتآكل ، إلى درجات حرارة منخفضة في نطاق واسع من درجات الحرارة. يتم تطبيقها في مختلف التطبيقات الهندسية مثل الطيران والبتروكيماويات ، وكذلك تجهيز الأغذية والعلاج الطبي.
15-5PH الفولاذ المقاوم للصدأ Martensitic ، والمعروف أيضًا باسم تقادم Martensitic (التصلب المترسب) المقاوم للصدأ ، ذو قوة عالية ، وصلابة جيدة ومقاومة للتآكل ، هو صلابة إضافية للفولاذ الخالي من الفريت. في الوقت الحاضر ، يتم استخدامه على نطاق واسع في صناعات الفضاء والصناعات البتروكيماوية والكيماوية وتجهيز الأغذية والورق والمعادن.
17-4 PH الفولاذ المقاوم للصدأ Martensitic ، الذي لا يزال لديه قوة عالية ومتانة عالية تحت 315 ℃ ، ومقاومة قوية للتآكل ويمكن أن يحقق ليونة ممتازة كدولة معالجة بالليزر.
سبائك التيتانيوم
وقد استخدمت سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في مجال الفضاء وصناعة الكيماويات والصناعة النووية والمعدات الرياضية والأجهزة الطبية بسبب مقاومتها العالية للحرارة ومقاومة التآكل العالية والقوة العالية والكثافة المنخفضة والتوافق الحيوي. وقد استخدمت قطع سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في مجالات التكنولوجيا الفائقة ، مثل الطائرات العسكرية F14 ، F15 ، F117 ، B2 و F22. نسبة التيتانيوم المستخدم في طائرة بوينج 747 هي على التوالي 24٪ و 27٪ و 25٪ و 26٪ و 42٪. ومع ذلك ، فإن الطرق التقليدية للتشكيل والإخراج لإنتاج أجزاء سبيكة التيتانيوم الكبيرة لها عيوب كثيرة ، مثل التكلفة العالية ، والعمليات المعقدة ، وانخفاض معدل استخدام المواد ومعالجة المتابعة الصعبة ، مما يعوق تطبيقها على نطاق أوسع. يمكن أن تحل تقنية الطباعة المعدنية 3D هذه المشاكل بشكل أساسي ، لذلك أصبحت تقنية جديدة لتصنيع أجزاء سبائك التيتانيوم مباشرة في السنوات الأخيرة.
TiAl6V4 (Gr5) هو أول سبيكة تستخدم في إنتاج الطباعة SLM3D. ومع ذلك ، فإن مقاومة التشوه القص للبلاستيك وتآكل مقاومة التيتانيوم تحد من استخدامها تحت ظروف مقاومة درجات الحرارة العالية والتآكل وارتداء المقاومة. لذلك ، يتم تقديم Re و Ni في سبائك التيتانيوم ، وقد تم تطبيق الرش المركب المعتمد Re-based 3D بنجاح على غرفة الاحتراق من محرك الهوائي ، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل إلى 2200٪.
COBALT
H13 الصلب أداة العمل الساخن هو واحد منهم. الفولاذ أداة وتستخدم على نطاق واسع في الأجزاء الصناعية بسبب صلابة ممتازة ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التشوه والقدرة على الحفاظ على حواف القطع في درجات حرارة عالية. يُشار إلى فولاذ Martensitic ، الذي يأخذ Martensite 300 كمثال ، والمعروف أيضًا باسم maraging steels ، لقوتها العالية وصلابتها وثباتها خلال فترة الشيخوخة. بسبب صلابة عالية ومقاومة التآكل ، فإن Martensite 300 مناسبة للعديد من تطبيقات القوالب مثل قوالب الحقن ، صب السبائك المعدنية الخفيفة ، الختم والبثق ، كما أنها تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران ، وقطع غيار جسم الطائرة عالية القوة وقطع غيار سيارات السباق.
سبائك الألومنيوم
تتميز سبائك الألومنيوم بخصائص فيزيائية وكيميائية وميكانيكية ممتازة وتم استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات. ومع ذلك ، فإن خصائص سبائك الألومنيوم نفسها (مثل الأكسدة السهلة ، الانعكاس العالي والتوصيل الحراري) تزيد من صعوبة التصنيع الانتقائي بالليزر. هناك بعض المشاكل مثل الأكسدة ، الإجهاد المتبقي ، عيوب الفراغ والتكثيف في عملية SLM عند طباعة سبائك الألومنيوم. يمكن تحسين هذه المشاكل من خلال حماية صارمة للغلاف الجوي ، وزيادة طاقة الليزر وتقليل سرعة المسح. في الوقت الحاضر ، تقوم SLM بطباعة مواد سبائك الألومنيوم بشكل رئيسي من سبيكة Al-Si-Mg مثل AlSi12 و AlSi10Mg. الألومنيوم والسيليكون 12 هو مسحوق المعادن الصناعية الخفيفة المضافة للوزن مع الأداء الحراري الجيد. يمكن تطبيقه على أجزاء الحائط الرقيقة ، مثل المبادلات الحرارية أو أجزاء السيارات الأخرى. ويمكن أيضا تطبيقه على النموذج الأولي وأجزاء الإنتاج في صناعة الطيران والفضاء. وإضافة السيليكون والمغنيسيوم يعطي سبائك الألومنيوم المزيد من القوة والصلابة ، مما يجعلها مناسبة للجدار الرقيق والأجزاء الهندسية المعقدة ، وخاصة في حالة الحرارة الحرارية الجيدة. الأداء والوزن المنخفض.
سبيكة ماغنيسيوم
باعتبارها أخف سبيكة هيكلية ، فإن سبائك المغنيسيوم لديها إمكانية استبدال الفولاذ وسبائك الألومنيوم في العديد من مجالات التطبيق نظرًا لقوتها العالية وخصائص التخميد. على سبيل المثال ، يمكن أن تقلل التطبيقات خفيفة الوزن لسبائك المغنيسيوم في مكونات السيارات والطائرات من استخدام الوقود وانبعاثات العادم. تتميز سبيكة Mg بتدهور ممتاز في الموقع وتوافق حيوي ، مع معامل يونغ منخفض وقريب من قوة العظام البشرية. لديها احتمال تطبيق في الزرع الجراحي أكثر من السبائك التقليدية.
درجة حرارة عالية درجة الحرارة
تشير سبائك درجات الحرارة المرتفعة إلى السبائك الفولاذية الفائقة التي تحتوي على الحديد والنيكل والكوبالت كقاعدة ويمكن أن تستمر في العمل على المدى الطويل في درجة الحرارة العالية لـ 600 ℃ أو أعلى والبيئة الإجهاد. لديها قوة ارتفاع في درجة الحرارة ، ومقاومة جيدة لمقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة واللدونة جيدة والمتانة. في الوقت الحاضر ، يمكن تقسيم السبائك تقريبًا إلى ثلاث فئات: سبيكة أساسها Fe ، سبيكة أساسها النيكل وسبائك الكوبالت.
Superalloy يستخدم أساسا في محركات عالية الأداء. في محركات ايرو المتقدمة الحديثة ، واستخدام حسابات المواد superalloy ل 40 ٪ ~ 60 ٪ من إجمالي كتلة المحرك. يتطلب تطوير محركات ايرو الحديثة عالية الأداء المزيد والمزيد من درجات الحرارة العالية وأداء superalloy. عملية المعادن التقليدية للسبائك بطيئة في التبريد ، وبعض العناصر وفصل المرحلة الثانية خطيرة في سبائك. طباعة 3D هي طريقة جديدة لحل مشكلة الاختناق التقني في تشكيل سبيكة النيكل.
ونتيجة لذلك، Inconel 625 كثيرا ما يستخدم في الأجزاء المعدنية المستخدمة في التطبيقات البحرية وإنتاج النفط والغاز. انكونيل 718 هي نسخة متينة من العمر من 625. 718 هي سبيكة من النيكل ، تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل ومقاومة الحرارة ، وتمتد ، وخصائص التعب والزحف ، وهي مناسبة لمختلف التطبيقات المتطورة ، مثل محركات توربين الطائرات والتوربينات الأرضية. إن سبيكة Inconel 718 هي أول قاعدة سوبريلوي تستخدم النيكل ، وهي أيضاً أكثر سبيكة محرك الهوائي المستخدمة في الوقت الحاضر.
تتميز سبائك الكوبالت والكروم بمقاومة عالية ، مقاومة قوية للتآكل ، توافق بيولوجي جيد وخواص غير مغناطيسية. وهي تستخدم بشكل أساسي في الغرسات الجراحية ، بما في ذلك المفاصل الصناعية السبائكية ، ومفاصل الركبة ومفاصل الورك ، ويمكن أيضا أن تستخدم في أجزاء المحرك ، وصناعات الأزياء والمجوهرات.
منذ ظهور تقنية الطباعة 3D في 1990s ، بدءًا من مواد البوليمر الأولية إلى مسحوق المعادن ، تم تطوير وتطبيق العديد من التقنيات الجديدة والمعدات الجديدة والمواد الجديدة. هناك مجموعة واسعة من المواد المعدنية المناسبة للطباعة الصناعية 3D ، ولكن العديد من مواد المسحوق المحددة يمكنها تلبية متطلبات الإنتاج الصناعي. على الرغم من أن تقنية الطباعة 3D للمسحوق المعدني قد حققت بعض الإنجازات في الوقت الحاضر ، إلا أن المادة لا تزال تمثل العامل الأكبر ، وهناك متطلبات أعلى في مواد الطباعة 3D. ولذلك ، فإن تطوير تكنولوجيا الطباعة 3D من مسحوق المعادن لا يزال أمامه طريق طويل.