การพิมพ์โลหะด้วยโลหะ 3D หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าฟิวชั่นโลหะได้เอาชนะตลาดใหม่ ๆ ในสาขาวิชาการการบินการแพทย์การก่อสร้างและยานยนต์ในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมาโดยมีข้อดีและความสะดวกที่เหนือชั้น ปัจจุบันเทคโนโลยีการพิมพ์ของ 3D รวดเร็วและราคาไม่แพงนักยังสามารถนำมาใช้ในการสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการพิมพ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการเผาแบบเลเซอร์ (SLS) ฟิวชั่นลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) การฟิวชั่นเลเซอร์แบบเลือก (SLM) และการออกแบบด้วยเลเซอร์ (LENS) SLM ใช้แหล่งเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงซึ่งสามารถละลายผงโลหะหลายชนิดได้เป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุด ผงโลหะที่ใช้สำหรับเครื่องพิมพ์ 3D ในประเทศและต่างประเทศโดยทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้าเครื่องมือเหล็กกล้า Martensitic เหล็กกล้าไร้สนิมไทเทเนียมบริสุทธิ์และไทเทเนียมอัลลอยอลูมิเนียมโลหะผสมนิกเกิลโลหะผสมทองแดงโคบอลต์โครเมียมอัลลอยและอื่น ๆ
สแตนเลสสตีล
สแตนเลส สตีล เป็นวัสดุชนิดแรกที่ใช้ในการพิมพ์โลหะ 3 มิติเนื่องจากทนต่อสารเคมีได้ดีทนต่ออุณหภูมิสูงและคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ในปัจจุบันสเตนเลสสตีลที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติของโลหะมีอยู่ 316 ชนิด ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์ 15 ลิตรสแตนเลสมาร์เทนไซต์ 5-17PH และสแตนเลสมาร์เทนไซต์ 4-XNUMXPH
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทอริคที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนสามารถลดอุณหภูมิได้ต่ำในช่วงกว้างของอุณหภูมิ มันถูกใช้ในงานวิศวกรรมต่างๆเช่นการบินและอวกาศและปิโตรเคมีรวมทั้งการแปรรูปอาหารและการรักษาพยาบาล
สแตนเลสแบบ Martensitic หรือที่เรียกว่าสเตนเลสเกรด Martensitic (precipitated hardening) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเป็นเหล็กที่ไม่มีเฟอร์ไรท์ ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศปิโตรเคมีเคมีอุตสาหกรรมแปรรูปอาหารอุตสาหกรรมกระดาษและโลหะ
17-4 PH เหล็กกล้าไร้สนิม Martensitic ซึ่งยังคงมีความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวสูงภายใต้ 315 ℃และมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถนำความเหนียวที่ดีเยี่ยมเป็นสภาวะการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ได้
ไททาเนียมอัลลอยด์
ไทเทเนียมอัลลอยด์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงการอุตสาหกรรมเคมีอุตสาหกรรมนิวเคลียร์อุปกรณ์กีฬาและอุปกรณ์ทางการแพทย์อันเนื่องมาจากความทนทานต่ออุณหภูมิสูงทนต่อการกัดกร่อนความแข็งแรงสูงความหนาแน่นต่ำและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีชั้นสูงเช่น F14, F15, F117, B2 และ F22 สัดส่วนของไททาเนียมที่ใช้ในเครื่องบิน Boeing 747 คือ 24%, 27%, 25%, 26% และ 42% อย่างไรก็ตามวิธีการปลอมและหล่อแบบดั้งเดิมในการผลิตชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมขนาดใหญ่มีข้อเสียหลายอย่างเช่นต้นทุนสูงกระบวนการที่ซับซ้อนอัตราการใช้วัสดุต่ำและการประมวลผลที่ติดตามได้ยากซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานที่กว้างขึ้น เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3D สามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้โดยพื้นฐานแล้วจึงกลายเป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตชิ้นส่วนโลหะไททาเนียมโดยตรงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
TiAl6V4 (Gr5) เป็นโลหะผสมชนิดแรกที่ใช้ในการผลิตงานพิมพ์ของ SLM3D อย่างไรก็ตามความต้านทานการเปลี่ยนรูปของแรงเฉือนและความต้านทานการสึกหรอของไทเทเนี่ยมที่ใช้ในสภาพการกัดกร่อนและการสึกหรอของอุณหภูมิสูง ดังนั้น Re และ Ni จึงถูกนำเข้าสู่ไททาเนียมอัลลอยด์และระบบสปริงเกลอร์คอมเพรสเซอร์แบบ Re-based พิมพ์ครั้งที่ 6 ได้รับการประยุกต์ใช้กับห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ Aero และมีอุณหภูมิในการทำงานสูงสุดถึง 3%
โคบอลต์
งานเหล็กร้อน H13 เป็นหนึ่งในนั้น เหล็กเครื่องมือ ใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนอุตสาหกรรมเนื่องจากความแข็งที่ยอดเยี่ยมความทนทานต่อการสึกหรอความต้านทานการเปลี่ยนรูปและความสามารถในการรักษาขอบตัดที่อุณหภูมิสูง เหล็กกล้า Martensitic โดยใช้ Martensite 300 เป็นตัวอย่างหรือที่เรียกว่า maraging steel มีความแข็งแรงทนทานและมีเสถียรภาพในช่วงอายุ เนื่องจากมีความแข็งและความต้านทานการสึกหรอสูง Martensite 300 เหมาะสำหรับการใช้งานจำนวนมากเช่นแม่พิมพ์ฉีดโลหะอัลลอยด์โลหะผสมหล่อและอัดขึ้นรูปและยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินอวกาศส่วนลำตัวกำลังแรงสูงและชิ้นส่วนรถแข่ง
อลูมิเนียมอัลลอยด์
อลูมิเนียมอัลลอยด์มีคุณสมบัติทางกายภาพเคมีและทางกลที่ยอดเยี่ยมและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา อย่างไรก็ตามคุณสมบัติของอลูมิเนียมอัลลอยด์เอง (เช่นการเกิดออกซิเดชั่นที่ง่ายการสะท้อนที่สูงและการนำความร้อน) เพิ่มความยากในการผลิตฟิวชั่นเลเซอร์แบบฟิวชั่น มีปัญหาบางอย่างเช่นการเกิดออกซิเดชันความเค้นตกค้างข้อบกพร่องเป็นโมฆะและความหนาแน่นในกระบวนการ SLM เมื่อพิมพ์อลูมิเนียมอัลลอยด์ ปัญหาเหล่านี้สามารถปรับปรุงได้โดยการปกป้องบรรยากาศอย่างเคร่งครัดเพิ่มพลังเลเซอร์และลดความเร็วในการกวาด ขณะนี้ SLM พิมพ์วัสดุอลูมิเนียมส่วนใหญ่เป็นอัลลอยชุด Al-Si-Mg เช่น AlSi12 และ AlSi10Mg อลูมิเนียม - ซิลิคอน 12 เป็นผงโลหะที่มีน้ำหนักเบาซึ่งทำจากโลหะผสมที่มีคุณสมบัติการระบายความร้อนที่ดี สามารถใช้กับชิ้นส่วนผนังบางเช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือชิ้นส่วนรถยนต์อื่น ๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้กับชิ้นส่วนต้นแบบและชิ้นส่วนการผลิตของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการบินนอกจากนี้ซิลิคอนและแมกนีเซียมยังช่วยให้อลูมิเนียมมีความแข็งแรงและความแข็งเพิ่มขึ้นทำให้เหมาะกับผนังบางและชิ้นส่วนทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่เกิดความร้อนได้ดี ประสิทธิภาพและน้ำหนักต่ำ
แม็กนีเซียมอัลลอยด์
ในฐานะที่เป็นโลหะผสมโครงสร้างที่เบาที่สุดแมกนีเซียมอัลลอยด์มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนเหล็กและอลูมิเนียมอัลลอยด์ในหลาย ๆ แอปพลิเคชั่นเนื่องจากมีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษและคุณสมบัติในการหน่วง ตัวอย่างเช่นการใช้โลหะผสมแมกนีเซียมที่มีน้ำหนักเบาในชิ้นส่วนยานยนต์และเครื่องบินสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยไอเสียได้ โลหะผสม Mg มีการย่อยสลายในแหล่งกำเนิดและความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยมโดยมีโมดูลัสของ Young ต่ำและใกล้เคียงกับความแข็งแรงของกระดูกมนุษย์ มีโอกาสในการใช้งานในการผ่าตัดฝังมากกว่าโลหะผสมแบบเดิม
อัลลอยด์ที่มีอุณหภูมิสูง
อัลลอยด์อัลลอยด์หมายถึงอัลลอยเหล็กที่มีส่วนผสมของเหล็กนิกเกิลและโคบอลต์เป็นฐานและยังสามารถทำงานในระยะยาวได้ในอุณหภูมิที่สูงขึ้นของ 600 ℃ขึ้นไปและสภาวะแวดล้อมที่มีความเค้น มีความแข็งแรงทนต่ออุณหภูมิสูงทนต่อการกัดกร่อนทนต่อการเกิดออกซิเดชันและมีความยืดหยุ่นและความเหนียวได้ดี ปัจจุบันโลหะผสมเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ โลหะผสม Fe, โลหะผสมนิกเกิลและโคบอลต์
Superalloy ใช้เป็นหลักในเครื่องยนต์สมรรถนะสูง ในเครื่องยนต์อากาศยานขั้นสูงขั้นสูงที่ทันสมัยการใช้วัสดุ superalloy สำหรับ 40% ~ 60% ของมวลเครื่องยนต์ทั้งหมด การพัฒนาเครื่องยนต์อากาศยานที่ทันสมัยสมรรถนะสูงจำเป็นต้องใช้อุณหภูมิและสมรรถนะสูงของ superalloy มากขึ้นเรื่อย ๆ กระบวนการหลอมโลหะแบบดั้งเดิมของชิ้นงานช้าในการระบายความร้อนองค์ประกอบบางอย่างและการแยกเฟสที่สองมีความร้ายแรงในแท่ง การพิมพ์ 3D เป็นวิธีใหม่ในการแก้ปัญหาคอขวดทางเทคนิคในการขึ้นรูปโลหะผสมนิกเกิล
เป็นผลให้ Inconel 625 มักใช้ในชิ้นส่วนโลหะที่ใช้ในงานทางทะเลและการผลิตน้ำมันและก๊าซ อินโคเนล 718 เป็นรุ่นที่มีการแข็งตัวของอายุของ 625 718 เป็นโลหะผสมนิกเกิลซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและทนต่อความร้อนยืดความเมื่อยล้าและคุณสมบัติการคืบคลานและเหมาะสำหรับการใช้งานระดับไฮเอนด์ต่างๆเช่นเครื่องยนต์กังหันเครื่องบินและกังหันที่ใช้ที่ดิน อัลลอย Inconel 718 เป็นโลหะผสมนิกเกิลที่เก่าแก่ที่สุดและยังเป็นโลหะผสมที่ใช้กันมากที่สุดของเครื่องยนต์อากาศยานในปัจจุบัน
โคบอลต์โครเมียมอัลลอยมีความแข็งแรงสูงทนทานต่อการสึกกร่อนแข็งแรงมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ดีและไม่เป็นแม่เหล็ก ใช้เป็นหลักในการผ่าตัดรากฟันเทียมรวมทั้งข้อต่อปลอมเทียมข้อต่อเข่าและข้อต่อสะโพกและยังสามารถใช้ในชิ้นส่วนเครื่องยนต์อุตสาหกรรมแฟชั่นและอัญมณี
ตั้งแต่การเริ่มใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ใน 1990s จากวัสดุโพลิเมอร์เริ่มแรกจนถึงผงโลหะเทคโนโลยีใหม่ ๆ อุปกรณ์ใหม่และวัสดุใหม่ ๆ ได้รับการพัฒนาและนำมาใช้ มีวัสดุโลหะหลากหลายประเภทเหมาะสำหรับงานพิมพ์ 3D ในภาคอุตสาหกรรม แต่เฉพาะวัสดุที่เป็นผงหลายชนิดเท่านั้นที่สามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมได้ แม้ว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ของ 3D ของผงโลหะจะมีผลสำเร็จในปัจจุบัน แต่วัสดุยังคงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดและมีความต้องการวัสดุพิมพ์ 3D สูงกว่า ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ของผงโลหะยังคงมีทางยาวไป