La impresión de metales 3D, también conocida comúnmente como fusión de metales, ha conquistado nuevos mercados en los sectores aeronáutico, médico, de construcción y automotriz en los últimos años con sus incomparables ventajas y conveniencia. En la actualidad, la tecnología de impresión de metales 3D es rápida y relativamente barata, y también se puede utilizar para crear grandes estructuras. La tecnología de impresión incluye principalmente la sinterización selectiva por láser (SLS), la fusión por haz de electrones (EBM), la fusión selectiva por láser (SLM) y la conformación de redes por láser (LENS). El método más comúnmente utilizado es el uso de una fuente de láser de alta energía que puede fundir una variedad de polvo metálico. Los polvos metálicos utilizados para las impresoras 3D en el país y en el extranjero en general son: acero para herramientas, acero martensítico, acero inoxidable, titanio puro y aleación de titanio, aleación de aluminio, aleación de base de níquel, aleación de base de cobre, aleación de cromo-cobalto, etc.
ACERO INOXIDABLE
Acero inoxidable es el primer material utilizado en la impresión 3D de metales debido a su buena resistencia química, resistencia a altas temperaturas y buenas propiedades mecánicas. En la actualidad, existen principalmente tres tipos de acero inoxidable aplicados en la impresión 3D de metal: acero inoxidable austenita 316L, acero inoxidable martensita 15-5PH y acero inoxidable martensita 17-4PH.
El acero inoxidable austenítico 316L, con alta resistencia y resistencia a la corrosión, se puede reducir a baja temperatura en un amplio rango de temperaturas. Se aplica en diversas aplicaciones de ingeniería como la industria aeroespacial y petroquímica, así como el procesamiento de alimentos y el tratamiento médico.
15-5PH El acero inoxidable martensítico, también conocido como acero inoxidable de envejecimiento martensítico (endurecimiento precipitado), tiene alta resistencia, buena tenacidad y resistencia a la corrosión, es un endurecimiento adicional del acero sin ferrita. En la actualidad, se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial, petroquímica, química, de procesamiento de alimentos, papel y metal.
17-4 PH Acero inoxidable martensítico, que aún tiene una alta resistencia y una gran tenacidad bajo 315 ℃, una fuerte resistencia a la corrosión y puede brindar una excelente ductilidad como el estado de mecanizado del láser.
ALEACIÓN DE TITANIO
Las aleaciones de titanio se han utilizado ampliamente en el sector aeroespacial, la industria química, la industria nuclear, los equipos deportivos y los dispositivos médicos debido a su alta resistencia a la temperatura, alta resistencia a la corrosión, alta resistencia, baja densidad y biocompatibilidad. Las piezas de aleación de titanio se han utilizado ampliamente en campos de alta tecnología, como los aviones militares F14, F15, F117, B2 y F22. La proporción de titanio utilizado en un avión Boeing 747 es respectivamente 24%, 27%, 25%, 26% y 42%. Sin embargo, los métodos tradicionales de forjado y fundición para producir piezas grandes de aleación de titanio tienen muchas desventajas, como el alto costo, el proceso complejo, la baja tasa de utilización del material y el difícil procesamiento de seguimiento, lo que dificulta su aplicación más amplia. La tecnología de impresión Metal 3D puede resolver estos problemas de manera fundamental, por lo que se ha convertido en una nueva tecnología para la fabricación directa de piezas de aleación de titanio en los últimos años.
TiAl6V4 (Gr5) es la primera aleación utilizada en la producción de impresión SLM3D. Sin embargo, la pobre resistencia a la deformación por corte de plástico y la resistencia al desgaste del titanio limitan su uso en condiciones de alta temperatura, corrosión y resistencia al desgaste. Por lo tanto, Re y Ni se introducen en aleaciones de titanio, y el rociador compuesto Re-based impreso de 3D se ha aplicado con éxito a la cámara de combustión del motor aeronáutico, y la temperatura de funcionamiento puede alcanzar el 2200%.
COBALTO
El acero para herramientas de trabajo en caliente H13 es uno de ellos. Aceros para herramientas son ampliamente utilizados en piezas industriales debido a su excelente dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la deformación y la capacidad de mantener los filos a altas temperaturas. Los aceros martensíticos, tomando Martensite 300 como ejemplo, también conocido como aceros maraging, se destacan por su alta resistencia, tenacidad y estabilidad dimensional durante el envejecimiento. Debido a su alta dureza y resistencia al desgaste, Martensite 300 es adecuado para muchas aplicaciones de troqueles, como moldes de inyección, fundición de aleación de metal ligero, estampado y extrusión, y también se usa ampliamente en el sector aeroespacial, piezas de fuselaje de alta resistencia y piezas de autos de carreras.
ALEACIÓN DE ALUMINIO
Las aleaciones de aluminio tienen excelentes propiedades físicas, químicas y mecánicas y se han utilizado ampliamente en muchos campos. Sin embargo, las propiedades de las aleaciones de aluminio en sí mismas (como la oxidación fácil, la alta reflexión y la conductividad térmica) aumentan la dificultad de la fabricación selectiva por fusión con láser. Existen algunos problemas, como la oxidación, la tensión residual, los defectos de vacío y la densificación en el proceso de SLM al imprimir aleaciones de aluminio. Estos problemas se pueden mejorar protegiendo estrictamente la atmósfera, aumentando la potencia del láser y reduciendo la velocidad de barrido. En la actualidad, SLM imprime materiales de aleación de aluminio, principalmente la aleación de la serie Al-Si-Mg, como AlSi12 y AlSi10Mg. El aluminio-silicio 12 es un polvo metálico de fabricación de aditivos ligero con un buen rendimiento térmico. Se puede aplicar a partes de paredes delgadas, como intercambiadores de calor u otras piezas de automóviles. También se puede aplicar al prototipo y las piezas de producción de la industria aeroespacial y aeronáutica. La adición de silicio y magnesio le da a la aleación de aluminio más resistencia y dureza, lo que la hace adecuada para paredes delgadas y piezas geométricas complejas, especialmente en el caso de una buena resistencia térmica Rendimiento y bajo peso.
ALEACIÓN DE MAGNESIO
Como aleación estructural más ligera, la aleación de magnesio tiene la posibilidad de reemplazar el acero y la aleación de aluminio en muchos campos de aplicación debido a sus propiedades especiales de alta resistencia y amortiguación. Por ejemplo, las aplicaciones ligeras de aleaciones de magnesio en componentes de automóviles y aviones pueden reducir el uso de combustible y las emisiones de escape. La aleación de Mg tiene una excelente biocompatibilidad y degradación in situ, con un módulo de Young bajo y una resistencia cercana a la del hueso humano. Tiene más posibilidades de aplicación en implantación quirúrgica que la aleación tradicional.
ALEACION DE ALTA TEMPERATURA
Aleación de alta temperatura se refiere a la súper aleación de acero que tiene el hierro, el níquel y el cobalto como base y puede funcionar a largo plazo en la alta temperatura de 600 ℃ o superior y en el entorno de tensión. Tiene resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación y buena plasticidad y tenacidad. En la actualidad, las aleaciones se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: aleación basada en Fe, aleación basada en níquel y aleación de cobalto.
La superaleación se utiliza principalmente en motores de alto rendimiento. En los modernos motores aeronáuticos avanzados, el uso de material de superaleación representa 40% ~ 60% de la masa total del motor. El desarrollo de modernos motores aero de alto rendimiento requiere cada vez más altas temperaturas y el rendimiento de la superaleación. El proceso metalúrgico tradicional de los lingotes es lento en el enfriamiento, algunos elementos y la segregación de la segunda fase son graves en los lingotes. La impresión 3D es un nuevo método para resolver el cuello de botella técnico en la formación de aleaciones de níquel.
Como resultado, Inconel 625 se utiliza con frecuencia en piezas metálicas utilizadas en aplicaciones marinas y producción de petróleo y gas. Inconel 718 Es una versión endurecida por la edad de 625. 718 es una aleación a base de níquel, que tiene buena resistencia a la corrosión y resistencia al calor, estiramiento, fatiga y propiedades de fluencia, y es adecuada para varias aplicaciones de gama alta, como motores de aeronave y turbinas terrestres. La aleación Inconel 718 es la superaleación de base de níquel usada más antigua y también es la aleación más utilizada del motor aero en la actualidad.
La aleación de cromo-cobalto tiene alta resistencia, fuerte resistencia a la corrosión, buena biocompatibilidad y propiedades no magnéticas. Se utiliza principalmente en implantes quirúrgicos, incluidas las articulaciones artificiales de aleación, las articulaciones de las rodillas y las caderas, y también se puede utilizar en las industrias de piezas de motores, moda y joyería.
Desde la aparición de la tecnología de impresión 3D en los 1990, desde los materiales polímeros iniciales hasta el polvo metálico, se han desarrollado y aplicado muchas tecnologías nuevas, equipos nuevos y materiales nuevos. Existe una amplia gama de materiales metálicos adecuados para la impresión industrial 3D, pero solo varios materiales en polvo específicos pueden cumplir los requisitos de la producción industrial. Aunque la tecnología de impresión de polvo metálico de 3D ha logrado algunos logros en la actualidad, el material sigue siendo el factor más importante y hay requisitos más altos en los materiales de impresión de 3D. Por lo tanto, el desarrollo de la tecnología de impresión 3D de polvo de metal aún tiene un largo camino por recorrer.