Top 4 metalen materialen voor hoogwaardig 3D-printen

1. Roestvrij staal

Roestvrij staal staat algemeen bekend om zijn vermogen om corrosie te weerstaan, hoge sterkte en uitstekende esthetische uitstraling. Met roestvrij staal bedrukte onderdelen kunnen dezelfde of zelfs grotere sterkte hebben dan onderdelen die met traditionele productiemethoden zijn gemaakt. De sterkte, hardheid en andere eigenschappen van 3D-geprint roestvrij staal hangen voornamelijk af van de specifieke technologie die wordt gebruikt om het onderdeel te printen. 

Met roestvrij staal bedrukte onderdelen hebben toepassing gevonden in veel industrieën, waaronder de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, militaire hardware en de medische sector. Vergeleken met andere metalen 3D-printmaterialen kunnen roestvrijstalen onderdelen door de toevoeging van chroom met de meest gladde oppervlakken worden gemaakt.

Roestvrij staalpoeder dat wordt gebruikt voor 3D-printen is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten en legeringen, waaronder 316L, 304L, 630, 410, 420, 254, 17-4 PH, 15-5PH, PH1 en GP1. Hiervan is 316L de meest gebruikte kwaliteit bij het 3D-printen van metaal. Het heeft een samenstelling van 66-70% ijzer, aangevuld met 16-18% chroom, 11-14% nikkel, 2-3% molybdeen en minder dan 0,03% koolstof. Dit 3D-printmateriaal staat bekend om zijn ductiliteit en goede corrosieweerstand. 

2. Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal is een familie van legeringen op ijzerbasis die relatief veel koolstof bevatten en die carbiden vormen met andere legeringselementen, waaronder wolfraam, chroom, vanadium en molybdeen. Gereedschapsstaal biedt een uitstekende combinatie van sterkte bij hoge temperaturen, hardheid en slijtvastheid. Deze staalsoorten worden vaak toegepast bij de productie van mallen, stempels en snijgereedschappen in meerdere industrieën. De gereedschappen worden gebruikt om geometrieën te vervaardigen die worden gebruikt in andere productproductieprocessen, waaronder extrusie, snijden, gieten, spuitgieten, stempelen en assemblage van componenten. De volgende gereedschapsstaalopties zijn beschikbaar voor 3D-printen van metaal:D2, M2, H13, H11, MS1 en 1.2709.

3. Titaan

Titanium is het meest gebruikte metaal in de additive manufacturing-industrie. Het wordt onder meer veel gebruikt in de medische, ruimtevaart-, automobiel- en elektronische industrie. Titanium en zijn legeringen hebben een hoge mechanische sterkte. Ze bieden ook een betere corrosieweerstand dan roestvrij staal.

De volgende titaniummateriaalopties zijn beschikbaar voor 3D-printen met metaal:Ti-6Al-4V, Beta 21S, Cp-Ti (commercieel zuiver titanium) en TA15. 

Wat is 3D-printen met metaal?

Metaal 3D-printen is een methode voor het maken van metalen onderdelen of producten waarbij de algemene principes en methoden van additieve productiemethoden worden aangepast en toegepast op metalen in poedervorm. Bij 3D-printen wordt altijd een onderdeel opgebouwd met behulp van poeder- of filamentdraad, laag voor laag, onder computerbesturing.

Er zijn een aantal manieren om de opeenvolgende lagen metaalpoeder samen te voegen om de uiteindelijke vorm te vormen. Ze kunnen worden gesmolten door een laser- of elektronenstraal, worden besproeid met een bindmiddel (binder jetting), of direct worden afgedrukt als gesmolten druppels die worden verwarmd uit metaaldraden met behulp van Direct Energy Deposition (DED) of Fused Deposition Modeling (FDM) printers.

Welke metalen kun je 3D-printen?

Metaal 3D-printen kan worden uitgevoerd met een breed scala aan metaalpoeders. Deze omvatten, maar zijn niet beperkt tot, legeringen op basis van staal, aluminium, roestvrij staal, koper, kobalt, wolfraam, titanium en nikkel. Edelmetalen zoals platina, goud, palladium en zilver kunnen ook worden gebruikt bij 3D-printen.  

Hoe werkt 3D-printen met metaal? 

De werkingsprincipes van een 3D-printmethode voor metaal zijn afhankelijk van het gebruikte materiaal, of dat nu een poeder, filament of draad is. Van deze drie opties is printen met poeder de meest gebruikelijke methode. 

Bij 3D-poedermetaalprinten wordt het metaalpoeder voor de eerste laag door de poedercoater, oftewel recoater, verspreid op de vloer van het bouwplatform. Vervolgens wordt een krachtige laser- of elektronenstraal gebruikt om het materiaal selectief aan elkaar te binden terwijl het poeder wordt gescand. Hierdoor ontstaat één stevige laag van het object. Het platform wordt vervolgens 50-200 micron naar beneden verplaatst, terwijl een nieuwe gelijkmatige laag metaalpoeder over de vorige laag wordt verdeeld en het proces wordt herhaald. 

Metaaldraden zijn daarentegen de meest betaalbare grondstofvorm voor 3D-printen met metaal. De draad wordt gesmolten met een plasmaboog, laser of elektronenstraal. Direct Energy Deposition (DED) is een voorbeeld van een 3D-printmethode waarbij metaaldraden worden gebruikt om onderdelen te produceren. Het wordt voornamelijk gebruikt voor reparaties of voor het toevoegen van functies aan bestaande metalen onderdelen.

Metaalfilamenten zijn dunne plastic draden geïmpregneerd met metaaldeeltjes. Deze grondstofkeuze is zinvol bij het gebruik van Fused Deposition Modeling (FDM)-printers. FDM werkt door het verwarmde filament door een mondstuk op het bouwplatform te extruderen om een ​​onderdeel te creëren. Na het printen wordt het onderdeel op een debindingsstation geplaatst om het plastic weg te smelten met behulp van een oplosmiddel en vervolgens naar een sinteroven gestuurd om de metaaldeeltjes samen te smelten tot een massief metalen stuk. 

Hoe u de beste materialen selecteert voor 3D-printen met metaal 

Volg de onderstaande stappen om de beste metalen 3D-printmaterialen voor uw project te selecteren:

1. Definieer de prestatie-eisen van het te produceren onderdeel. De eisen kunnen zowel de omgevingscondities omvatten waaraan het onderdeel zal worden blootgesteld als de mechanische spanningen die in de bedrijfstoestand worden verwacht.
2. Vergelijk de prestatie-eisen met de materiaalspecificaties. Dit betekent dat de eigenschappen van het materiaal worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat het voldoet aan de eindgebruikseisen en bedrijfsomstandigheden. Heeft u bijvoorbeeld een materiaal nodig met een goede mechanische sterkte of een goede corrosiebestendigheid?
3. Kies het materiaal dat het beste past bij de verwachte prestatie- en onderdeelvereisten, zodat het een betrouwbare werking en een goede levensduur biedt.

Samenvatting

In het artikel werden de vier (4) beste materialen besproken die kunnen worden gebruikt voor het 3D-printen van onderdelen en producten met metaal. Neem contact op met een Xometry-vertegenwoordiger voor meer informatie over metalen 3D-printmaterialen en of deze van toepassing zijn op uw project.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Auteursrecht- en handelsmerkkennisgevingen

1. Inconel® is een geregistreerd handelsmerk van de Huntington Alloys-divisie van Special Metals Corp., Huntington, WV.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements