Kovinski tisk 3D, znan tudi pod imenom metal fuzija, je v zadnjih nekaj letih s svojimi neprimerljivimi prednostmi in udobjem osvojil nove trge v aeronavtiki, medicini, gradbeništvu in avtomobilski industriji. Trenutno je metalna tehnologija 3D za tiskanje hitra in relativno poceni, lahko pa se uporablja tudi za ustvarjanje velikih struktur. Tehnologija tiskanja v glavnem vključuje selektivno lasersko sintranje (SLS), fuzijo elektronskega žarka (EBM), selektivno lasersko fuzijo (SLM) in lasersko oblikovano mrežno oblikovanje (LENS). SLM uporablja visokoenergetski laserski vir, ki lahko topi različne kovinske praške, je najpogosteje uporabljena metoda. Kovinski prah, ki se uporablja za tiskalnike 3D doma in v tujini, so na splošno: orodno jeklo, martenzitno jeklo, nerjavno jeklo, čisti titan in titanove zlitine, aluminijeve zlitine, zlitine nikljeve baze, zlitine bakra, kobaltove kromove zlitine in tako naprej.
NERJAVEČE JEKLO
Nerjaveče jeklo je prvi material, ki se uporablja pri 3D tiskanju kovin zaradi dobre kemijske odpornosti, odpornosti na visoke temperature in dobrih mehanskih lastnosti. Trenutno se v 3D tiskanju na kovine uporabljajo predvsem tri vrste nerjavečega jekla: avstenitno nerjaveče jeklo 316L, martenzitno nerjaveče jeklo 15-5PH in martenzitno nerjaveče jeklo 17-4PH.
316L Avstenitno nerjaveče jeklo, z visoko trdnostjo in korozijsko odpornostjo, je mogoče zmanjšati na nizko temperaturo v številnih temperaturah. Uporablja se v različnih inženirskih aplikacijah, kot so vesoljska in petrokemična, ter predelava hrane in zdravljenje.
15-5PH Nerjavno jeklo Martensitic, znan tudi kot nerjavno jeklo, ki se uporablja za staranje (obarjano strjevanje), ima visoko trdnost, dobro trdnost in odpornost proti koroziji, je dodatno utrjevanje jekla brez feritov. Trenutno se pogosto uporablja v letalskih in petrokemičnih, kemičnih, živilskopredelovalnih, papirnih in kovinskih predelovalnih dejavnostih.
17-4 PH Martensitic nerjaveče jeklo, ki ima še vedno visoko trdnost in visoko žilavost pri 315 ℃, močno odpornost na korozijo in lahko kot lasersko obdelovalno stanje prinesejo odlično duktilnost.
TITANSKA ZLITINA
Titanove zlitine se zaradi svoje visoke temperaturne odpornosti, visoke korozijske odpornosti, visoke trdnosti, nizke gostote in biokompatibilnosti v letalstvu, kemični industriji, jedrski industriji, športni opremi in medicinskih pripomočkih pogosto uporabljajo. Deli titana zlitine so se pogosto uporabljali na visokotehnoloških področjih, kot so vojaška letala F14, F15, F117, B2 in F22. Delež titana, ki se uporablja v zrakoplovu Boeing 747, je 24%, 27%, 25%, 26% in 42%. Vendar pa imajo tradicionalni postopki kovanja in litja za izdelavo velikih delov titana zlitine številne pomanjkljivosti, kot so visoki stroški, zapleten postopek, nizka stopnja izkoriščenosti materiala in težka naknadna obdelava, ki ovirajo njegovo širšo uporabo. Tehnologija tiska s tehnologijo 3D lahko v osnovi odpravi te težave, zato je v zadnjih letih postala nova tehnologija za neposredno izdelavo delov iz titana.
TiAl6V4 (Gr5) je prva zlitina, ki se uporablja pri izdelavi tiskanja SLM3D. Vendar pa slaba plastična deformacijska trdnost in odpornost proti obrabi titana omejujejo njegovo uporabo pri temperaturah, koroziji in odpornosti proti obrabi. Zato se Re in Ni uvajajo v titanove zlitine, in je tiskani preizkusni brizgalni škropilnik 3D uspešno uporabljen v zgorevalni komori letalskega motorja, delovna temperatura pa lahko doseže 2200%.
COBALT
H13 vroče delovno jeklo je eden od njih. Orodje jekla se pogosto uporabljajo v industrijskih delih zaradi njihove odlične trdote, odpornosti na obrabo, odpornosti proti deformaciji in zmožnosti vzdrževanja rezalnih robov pri visokih temperaturah. Martensiticna jekla, ki kot Martensite 300 kot primer, znana tudi kot maraging jekla, so opaženi zaradi njihove visoke trdnosti, žilavosti in dimenzijske stabilnosti med staranjem. Martensite 300 je zaradi svoje visoke trdnosti in odpornosti proti obrabi primeren za mnoge primere, kot so brizgani kalupi, litje lahkih kovinskih litin, žigosanje in iztiskanje ter se pogosto uporablja tudi v aerospace, trupih trdih delcev in dirkalnih avtomobilskih delov.
ALUMINIJSKA ZLITINA
Aluminijeve zlitine imajo odlične fizikalne, kemične in mehanske lastnosti in so se pogosto uporabljale na mnogih področjih. Vendar pa lastnosti samih aluminijevih zlitin (kot so enostavna oksidacija, visoko refleksija in toplotna prevodnost) povečajo težavo selektivne proizvodnje laserske fuzije. Pri tiskanju aluminijevih zlitin obstajajo nekatere težave, kot so oksidacija, preostali stres, prazne napake in zgoščevanje v SLM postopku. Te težave je mogoče izboljšati z dosledno zaščito ozračja, povečanjem moči laserja in zmanjšanjem hitrosti čiščenja. Trenutno SLM tiska materiale iz aluminijevih zlitin, so predvsem zlitine serije Al-Si-Mg, kot so AlSi12 in AlSi10Mg. Aluminij-silikon 12 je lahki kovinski prašek za proizvodnjo aditiva z dobrimi toplotnimi lastnostmi. Uporablja se lahko za dele tankih sten, kot so izmenjevalci toplote ali drugi avtomobilski deli. Uporablja se lahko tudi za prototip in proizvodne dele letalske in letalske industrije. Dodajanje silicija in magnezija daje aluminijaste zlitine večjo trdnost in trdoto, zaradi česar je primerna za tanke stene in zapletene geometrijske dele, še posebej v primeru dobre toplotne zmogljivost in nizka teža.
MAGNEZIJEVA ZLITINA
Kot najlažja strukturna zlitina ima magnezijeva zlitina zaradi posebne visoke trdnosti in blažilnih lastnosti možnost nadomestitve jekla in aluminijeve zlitine na številnih področjih uporabe. Na primer, lahko uporaba magnezijevih zlitin v avtomobilskih in letalskih sestavnih delih lahko zmanjša porabo goriva in emisije izpušnih plinov. Zlitina Mg ima odlično razgradnjo in biološko združljivost na kraju samem, z nizkim Youngovim modulom in blizu trdnosti človeške kosti. Pri kirurški implantaciji ima več možnosti za uporabo kot tradicionalna zlitina.
ZELO TEMPERATURNO ZLITO
Visokotemperaturna zlitina se nanaša na super jekleno zlitino, ki je z železom, niklom in kobaltom osnova in lahko še vedno dolgoročno deluje pri visoki temperaturi 600 ℃ ali višje in stresnem okolju. Ima visoko temperaturno trdnost, dobro odpornost na korozijsko odpornost in odpornost proti oksidaciji ter dobro plastičnost in žilavost. Trenutno so lahko zlitine razdeljene v tri kategorije: zlitina Fe, zlitina na osnovi niklja in zlitina kobalta.
Superalloy se uporablja predvsem pri visoko zmogljivih motorjih. V sodobnih naprednih letalskih motorjih, uporaba materialov superzvezne opreme predstavlja 40% ~ 60% celotne mase motorja. Razvoj sodobnih visoko zmogljivih letalskih motorjev zahteva vedno večjo temperaturo in zmogljivost superzlitine. Tradicionalni metalurški proces ingotov je počasen pri hlajenju, nekateri elementi in ločevanje v drugi fazi so resni v ingoti. Tiskanje 3D je nova metoda za reševanje tehničnega ozkega grla pri oblikovanju nikljevih zlitin.
Zaradi tega Inconel 625 se pogosto uporablja v kovinskih delih, ki se uporabljajo v pomorski industriji in pri pridobivanju nafte in plina. Inconel 718 je starostno utrjena različica 625-a. 718 je zlitina na osnovi niklja, ki ima dobro odpornost proti koroziji in odpornost proti toploti, raztezanje, utrujenost in lezenje ter je primerna za različne vrhunske aplikacije, kot so turbinski turbinski motorji in kopenske turbine. Inconel 718 zlitina je najprej uporabljena superzlitina na osnovi niklja in je trenutno tudi najbolj uporabljana zlitina letalskega motorja.
Kobalt-kromova zlitina ima visoko trdnost, močno korozijsko odpornost, dobro biokompatibilnost in nemagnetne lastnosti. Uporablja se predvsem pri kirurških vsadkih, vključno z umetnimi vezmi iz zlitine, kolenskimi sklepi in kolčnih sklepih ter se lahko uporablja tudi v motornih delih, modi in nakit.
Od nastanka tiskarske tehnologije 3D v 1990-ih, od začetnih polimernih materialov do kovinskega prahu, so bile razvite in uporabljene številne nove tehnologije, nova oprema in novi materiali. Obstaja široka paleta kovinskih materialov, primernih za industrijsko tiskanje 3D, vendar lahko le nekaj določenih praškovnih materialov izpolnjuje zahteve industrijske proizvodnje. Čeprav je tehnologija za tiskanje kovinskega prahu 3D dosegla nekatere dosežke v tem trenutku, je material še vedno največji dejavnik in na tiskarskih materialih 3D so večje zahteve. Zato razvoj tehnologije tiskanja 3D kovinskega prahu še vedno poteka precej.