Metalen 3D-printmaterialen

Staal

Staal is het meest gebruikte metaal bij 3D-printen. De uitstekende materiaaleigenschappen, veelzijdigheid en brede toepassing in precisiefabricage maken 3D-printstaal een uitstekende optie voor het maken van onderdelen van hoge kwaliteit. De meeste soorten staal kunnen worden bedrukt, maar de twee meest gebruikte soorten zijn roestvrij staal en gereedschapsstaal - metalen die duurder zijn en moeilijker op conventionele wijze te vervaardigen.

Positieve eigenschappen:

• uitstekende sterkte en stijfheid
• grote verscheidenheid aan materiaaleigenschappen
• warmtebehandelbaar.

Roestvrij staal zijn sterke, stijve staalsoorten die een uitstekende corrosieweerstand hebben vanwege hun aanzienlijke chroomgehalte (minstens 12%, vaak tot 18%). Er worden gewoonlijk twee soorten roestvast staal bedrukt:austenitisch en martensitisch.

• Austenitisch roestvast staal , het meest voorkomende type roestvrij staal, is corrosiebestendig en kan zowel machinaal als gelast worden, hoewel ze niet met warmte kunnen worden behandeld. 316L is gebruikelijk 3D-geprint roestvrij staal dat bekend staat om zijn superieure corrosieweerstand.
• Martensitisch roestvrij staal zijn veel harder dan austenitisch staal, maar brozer en minder corrosiebestendig. 17-4 PH is een martensitisch roestvrij staal dat met warmte kan worden behandeld om te passen bij een verscheidenheid aan materiaaleigenschappen en dat algemeen wordt gebruikt tijdens de fabricage.

Gereedschapsstaal zijn genoemd naar hun centrale toepassing - tooling van alle variëteiten. Ze bevatten carbide, een extreem harde verbinding die essentieel is voor hun vermogen om te snijden, slijpen, stempelen, vormen of vormen. Over het algemeen zijn ze erg hard, slijtvast en vele zijn bruikbaar bij hoge temperaturen. De drie typen die het vaakst 3D-geprint met metaal zijn, zijn A-serie, D-serie en H-serie gereedschapsstaal.

• Een serie gereedschapsstaal is een uitstekend bewerkbaar gereedschapsstaal voor algemeen gebruik dat een evenwicht biedt tussen slijtvastheid en taaiheid. Er zijn acht varianten van de A-serie, waarvan A2 de meest voorkomende is gereedschapsstaal. Het is een veelzijdig, koudbewerkt gereedschapsstaal dat vaak wordt gebruikt voor het maken van ponsen en matrijzen, maar ook voor een groot aantal andere toepassingen.
• D-serie gereedschapsstaal is geoptimaliseerd voor slijtvastheid en hardheid. Ze zijn niet bijzonder taai en worden alleen gebruikt voor koude werktoepassingen. De meest voorkomende variëteit in de D-serie is D2 staal, een koudwerkgereedschapsstaal dat wordt gebruikt voor allerlei snijgereedschappen, van messen tot industrieel snijgereedschap en messen.
• H-serie gereedschapsstaal snijdt en vormt materiaal bij hoge (of cyclische) temperaturen. H13 is het meest voorkomende 3D-geprinte warmwerkgereedschapsstaal. De mix van uitstekende 3D-geprinte metaalsterkte, taaiheid, slijtvastheid en hittebestendigheid maken het een goed gereedschapsstaal voor algemeen gebruik dat is geoptimaliseerd voor gebruik bij hoge temperaturen.

Superlegeringen

De 3D-metaalprinttechnologie onderscheidt zich door hoogwaardige legeringen te kunnen fabriceren tegen relatief lage kosten. Vaak moeilijk en duur om te bewerken, stelt 3D-printen bedrijven in staat om hoogwaardige onderdelen te produceren die betaalbaarder zijn dan subtractieve methoden. Superlegeringen gedijen goed in ongunstige omgevingen - plaatsen met hoge temperaturen, bijtende chemicaliën of beide. Hoewel er veel afdrukbare superlegeringen zijn, zijn de twee meest voorkomende groepen Inconel en Cobalt Chrome.

Positieve eigenschappen:

• Uitstekende mechanische eigenschappen
• Hittebestendig
• Goede oppervlaktestabiliteit
• Corrosiebestendig
• Biocompatibel (alleen kobaltchroom)

Inconel
De meest voorkomende merkgebonden nikkellegeringsgroep is Inconel. Dit extreem sterke, taaie en corrosiebestendige materiaal wordt gebruikt in turbines, motorafdichtingen en
raketten. De twee formuleringen die het meest worden gebruikt bij 3D-printen inconel zijn de sterkere, hardere Inconel 718 en de meer hittebestendigeInconel 625 . Beide zijn duur
om conventioneel te bewerken, waardoor 3D-printen een kosteneffectief alternatief is.

Kobalt Chroom
Deze superlegering staat bekend om zijn biocompatibiliteit, hoge sterkte-gewichtsverhouding en corrosieweerstand; het is in wezen een hogere kwaliteit, dichtere, duurdere versie van Titanium. Net als Inconel wordt het gebruikt in turbines en andere vijandige omgevingen, maar het kan ook worden gebruikt in medische toepassingen waarvoor Inconel niet geschikt is, waaronder orthopedische en tandheelkundige implantaten.

Titanium

Hoewel het geen algemeen materiaal is dat wordt gebruikt in conventionele fabricage, maken de sterkte-gewichtsverhouding en de hoge kosten (zowel materiaalkosten als bewerkingskosten) van titanium het een uitstekende keuze voor 3D-printen. Titanium wordt meestal in twee verschillende varianten gedrukt:titaniumlegeringen en puur titanium (bekend als CP Ti).

Positieve eigenschappen:

• Sterkte-gewichtsverhouding
• Hittebestendig
• Chemisch bestendig
• Biocompatibel (afhankelijk van proces en legering)

Titaniumlegeringen
Titanium bereikt zijn beste mechanische eigenschappen wanneer het wordt gelegeerd met andere metalen. De meest voorkomende titaniumlegering is Ti64 (Ti-6Al-4V) — een materiaal sterker en 40% minder dicht dan 17-4 PH roestvrij staal. Het blinkt uit in corrosieve omgevingen en omgevingen met hoge temperaturen. Deze eigenschappen maken het een topkeuze in industrieën waar een hoge sterkte-gewichtsverhouding wordt gewaardeerd, zoals vliegtuigen en high-performance voertuigen.

Commercieel zuiver titanium (CP Ti)

Zuiver titanium is niet zo sterk als de meeste titaniumlegeringen, maar het is zeer biocompatibel. Het wordt gebruikt voor orthopedische inzetstukken en soortgelijke medische toepassingen.

Koper

Koper heeft een volledig unieke waarde onder 3D-afdrukbare metalen materialen - het wordt gebruikt voor zijn thermische en elektrische geleidbaarheid in plaats van zijn mechanische eigenschappen. Met 3D-metaalprinten kunnen ingenieurs geometrisch geoptimaliseerde koperen onderdelen zoals koellichamen, lasarmen en stroomrails maken voor veel lagere kosten. Er zijn tegenwoordig maar een paar systemen die elke versie van koper kunnen afdrukken. Koper kan worden bedrukt in zijn pure vorm of vaker in zijn gelegeerde vorm.

Positieve eigenschappen:

• Elektrisch geleidend
• Thermisch geleidend
• Corrosiebestendig
• Kneedbaar

Puur koper
Puur koper heeft de beste thermische en elektrische geleidbaarheid van alle koperlegeringen,
waardoor het de voorkeur geniet. Vanwege zijn hoge geleidbaarheid en hoge laserreflectie is koper echter niet compatibel met standaard lasergebaseerde systemen. Puur
koper is alleen beschikbaar op Bound Powder Extrusion-machines.

Gelegeerd koper
Gelegeerd koper bevat doorgaans 1-2% legeringselementen, waardoor het
bedrukbaar is op sommige Powder Bed Fusion-machines. Deze legeringen, hoewel nog steeds relatief
geleidend, zijn inferieure opties voor puur koper. Een voorbeeld van bedrukbaar gelegeerd
koper is C18150 , een legering met chroom en zink.

Aluminium

Hoewel aluminium in sommige metalen 3D-printers wordt gebruikt, wordt het veel minder gezien bij 3D-printen dan in conventionele productieprocessen. De schaarste aan 3D-printen van metalen onderdelen is te wijten aan twee factoren:lage bedrukbaarheid en relatief lage kosten bij conventionele fabricage. Als gevolg hiervan is de potentiële ROI voor 3D-geprinte metalen onderdelen met aluminium, of de prijs van de metalen 3D-printer, niet altijd in het voordeel van printen. De meest voorkomende aluminiumlegeringen – zoals 6061 en 7075 – worden niet bedrukt. In plaats daarvan printen Powder Bed Fusion-machines die aluminium printen, doorgaans zachtere aluminiumsoorten van gietkwaliteit. Deze legeringen van gietkwaliteit bevatten tot 12% silicium per gewicht en hebben inferieure mechanische eigenschappen.

Positieve eigenschappen:

• Laag gewicht
• Duurzaam
• Kneedbaar

Alternatieven voor aluminium in 3D-printen

Omdat de waarde van printen relatief laag is, is het niet duidelijk wanneer het gemeengoed zal worden in 3D-printen. Tot die tijd bieden titanium en staal vergelijkbare sterkte-gewichtsverhoudingen wanneer ze worden geprint met opencellige vulling, terwijl continu samengestelde 3D-printers onderdelen van aluminiumsterkte kunnen produceren voor een fractie van de kosten.

Organisaties die geïnteresseerd zijn in het 3D-printen van aluminium onderdelen, moeten additieve productie overwegen met Markforged Carbon Fiber 3D-printen - waarmee onderdelen kunnen worden gemaakt met een sterkte die gelijkwaardig is aan 6061-T6 aluminium, terwijl het verbeterde materiaaleigenschappen biedt zoals stijfheid, slagvastheid, hittebestendigheid en duurzaamheid. Bovendien biedt de versterkte koolstofvezelproductie, vergeleken met 6061 aluminium, dramatisch verbeterde sterkte-gewichtsverhoudingen, wat van cruciaal belang kan zijn voor bepaalde hoogwaardige toepassingen in industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en de automobielindustrie.

Gratis bronnen voor 3D-printen van metaal

• Grondbeginselen van 3D-printen van metaal
• E-Book:Metal FFF-toepassingen en casusvoorbeelden
• Uitgebreide gids voor metaal FFF