مواد مسحوق المعادن للطباعة 3D

الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية هي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد تستخدم مسحوق المعادن لطباعة الأجزاء المعدنية مباشرة ، والمعروفة أيضا باسم تلبيد مسحوق المعادن (SLM). بالإضافة إلى اللدونة الجيدة ، يجب أن يفي مسحوق المعادن الطباعة 3D أيضا بمتطلبات حجم جسيمات المسحوق الناعم وتوزيع حجم الجسيمات المرتفع. ضيقة ، كروية عالية ، سيولة جيدة ومتطلبات كثافة سائبة عالية. حاليا ، تشمل المساحيق المعدنية المستخدمة في معظم طابعات 3D الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم وسبائك الكوبالت والكروم وسبائك النحاس وسبائك التيتانيوم وسبائك النيكل. السبائك القائمة على الحديد هي الهندسة تستخدم المواد المعدنية الأكثر أهمية والأكثر استخداما في التكنولوجيا في الغالب لتشكيل الهياكل المعقدة ، وتستخدم على نطاق واسع في الفضاء والسيارات وبناء السفن وتصنيع الآلات وغيرها من الصناعات.

نوع مسحوق المعادن وعملية الطباعة 3D المستخدمة لتحديد خصائص المنتج النهائي

● مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ

مواد الطباعة المعدنية الرخيصة نسبيا ، فعالة من حيث التكلفة ، مقاومة جيدة للتآكل ، قوة عالية ، يمكن أن تصنع بسرعة وكفاءة دفعات صغيرة من الأجزاء الصناعية المعقدة.

● مسحوق سبائك الألومنيوم

في الوقت الحاضر ، تشمل سبائك الألومنيوم المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية بشكل رئيسي السيليكون الألومنيوم AlSi12 و AlSi10Mg. السيليكون الألومنيوم 12 هو مادة مضافة خفيفة الوزن تستخدم لإنتاج مساحيق معدنية ذات خصائص حرارية جيدة. مزيج من السيليكون والمغنيسيوم يمكن سبائك الألومنيوم من الحصول على قوة أعلى. والصلابة ، مما يجعلها مناسبة للهندسة ذات الجدران الرقيقة والمعقدة ، خاصة في التطبيقات ذات الخصائص الحرارية الجيدة والوزن المنخفض. سبائك الألومنيوم هي الفئة الأكثر استخداما على نطاق واسع من المواد الهيكلية غير الحديدية في قوة عالية ، قريبة من أو تتجاوز الفولاذ عالي الجودة ، واللدونة الجيدة. تظهر الأبحاث أن سبائك الألومنيوم للطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تحقق أجزاء كثيفة وهياكل صغيرة وخصائص ميكانيكية مماثلة أو حتى أفضل من أجزاء الصب ، ومقارنة بالعمليات التقليدية يمكن تقليل جودة الأجزاء بنسبة 22٪ ، ولكن يمكن تقليل التكلفة بنسبة 30٪.

● مسحوق سبائك الكوبالت والكروم

بسبب مقاومته الممتازة للتآكل ومقاومة التآكل ، يستخدم مسحوق سبائك الكوبالت والكروم للطباعة المعدنية 3D بشكل شائع لطباعة مختلف المفاصل الاصطناعية وغرسات العظام ، ويستخدم أيضا في مجال طب الأسنان.

● مسحوق سبائك النحاس

مع الموصلية الحرارية والكهربائية الممتازة ، يمكن الجمع بين النحاس مع الموصلية الحرارية الممتازة في تطبيقات الإدارة الحرارية مع حرية التصميم لإنتاج هياكل داخلية معقدة وقنوات تبريد متوافقة.

● مسحوق سبائك التيتانيوم

يستخدم على نطاق واسع في مجال الفضاء ، وذلك باستخدام مزايا الطباعة 3D للمساعدة في تحسين تصميم المنتج ، مثل استبدال الجسم الصلب الأصلي بهيكل معقد ومعقول ، بحيث يكون للمنتج النهائي وزن أقل وخصائص ميكانيكية أفضل. هذا لا يمكن أن يقلل من التكاليف فحسب ، بل يمكن أيضا تحقيق إنتاج خفيف الوزن لكل مكون.

● مسحوق سبائك النيكل

مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل لسبائك النيكل تجعلها مناسبة للبيئة القاسية من ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي. عندما يتم تسخين سبيكة النيكل ، سيتم تخميل طبقة أكسيد سميكة ومستقرة على سطح السبيكة لحماية الجزء الداخلي من السبائك من التآكل. يتم الحفاظ على الخصائص الميكانيكية الجيدة على نطاق واسع من درجات الحرارة.

كيف يتم استخدام مواد مسحوق للطباعة 3D

يتم استخدام شعاع ليزر عالي الطاقة ، يتم التحكم فيه بواسطة بيانات نموذج 3D ، لإذابة المصفوفة المعدنية محليا ، بينما يعمل التلبيد على تصلب المواد المعدنية المسحوقة والتراص تلقائيا طبقة تلو الأخرى لتوليد أجزاء صلبة هندسية كثيفة.

كيفية إنتاج مساحيق المعادن الطباعة 3D

تصنيع مسحوق المعادن هو جانب أساسي من مسحوق المعادن. تشمل الطرق المختلفة المستخدمة لإعداد مساحيق المعادن الاختزال والتحليل الكهربائي وتحلل الكربونيل والطحن والتفتيت.

الطرق الأربع الأكثر استخداما لإنتاج مساحيق المعادن هي الحد من الحالة الصلبة ، والتحليل الكهربائي ، والمواد الكيميائية ، والتفتيت.

تستخدم معظم الشركات المصنعة طرق التحليل الكهربائي والاختزال لإنتاج مساحيق المعادن العنصرية. لكنها ليست مناسبة لإنتاج مساحيق السبائك. ومع ذلك ، تميل طريقة الانحلال إلى التغلب على هذا القيد ، لذلك يستخدمها المصنعون لإنتاج مساحيق السبائك.

التحليل الكهربائي هو طريقة أخرى تستخدم لإنتاج المعادن المسحوقة. من خلال اختيار تركيبة المنحل بالكهرباء المناسبة ودرجة الحرارة والتركيز والكثافة الحالية ، يمكن ترسيب معادن مختلفة كإسفنج أو مساحيق. يمكن أن يتبع ذلك الغسيل والتجفيف والاختزال والتصلب والسحق. هذه الطريقة تنتج مساحيق معدنية عالية النقاء. يتم استخدامه بشكل أساسي لمساحيق النحاس عالية التوصيل بسبب متطلباته العالية من الطاقة.

تشير طريقة الانحلال إلى طريقة لسحق المعادن المنصهرة إلى جزيئات بحجم أقل من 150 ميكرومتر بالطرق الميكانيكية. وفقا لطريقة سحق المعادن المنصهرة ، تشمل طرق الانحلال ثنائي التيار ، والانحلال بالطرد المركزي ، والانحلال بالموجات فوق الصوتية ، والانحلال الفراغي ، إلخ. طرق الانحلال هذه لها خصائصها الخاصة وقد استخدمت بنجاح في الإنتاج الصناعي. من بينها ، تتميز طريقة تفتيت بخار الماء بمزايا معدات وعمليات الإنتاج البسيطة ، وانخفاض استهلاك الطاقة وحجم الدفعة الكبيرة ، وأصبحت مسحوق المعدن الرئيسي. طرق الإنتاج الصناعي.

متطلبات أداء الطباعة 3D للمساحيق المعدنية

1. النقاء

ستقلل شوائب السيراميك بشكل كبير من أداء الجزء النهائي ، وهذه الشوائب عموما لها نقطة انصهار عالية ويصعب تلبيدها ، لذلك يجب ألا تكون هناك شوائب خزفية في المسحوق. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أيضا التحكم في محتوى الأكسجين والنيتروجين بشكل صارم . في الوقت الحاضر ، تعتمد تقنية إعداد المسحوق للطباعة المعدنية 3D بشكل أساسي على طريقة الانحلال. يحتوي المسحوق على مساحة سطح محددة كبيرة ويسهل أكسدته. في مجالات التطبيق الخاصة مثل الفضاء ، لدى العملاء متطلبات أكثر صرامة لهذا المؤشر ، مثل السبائك الفائقة محتوى الأكسجين من المسحوق هو 0.006٪ -0.018٪ ، ومحتوى الأكسجين من مسحوق سبائك التيتانيوم هو 0.007٪ -0.013٪ ، ومحتوى الأكسجين من مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ هو 0.010٪ -0.025٪.

2. سيولة المسحوق والكثافة الظاهرية

تؤثر سيولة المسحوق بشكل مباشر على توحيد انتشار المسحوق أثناء عملية الطباعة واستقرار عملية تغذية المسحوق. ترتبط السيولة بمورفولوجيا المسحوق وتوزيع حجم الجسيمات والكثافة السائبة. كلما كانت نسبة المسحوق الناعم أصغر ، كلما كانت سيولته أفضل ؛ تبقى كثافة الجسيمات دون تغيير ، وتزداد الكثافة النسبية ، وتزداد سيولة المسحوق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن امتزاز الماء والغاز وما إلى ذلك على سطح الجسيمات سيقلل من سيولة المسحوق.

3. توزيع حجم الجسيمات مسحوق

معدات الطباعة 3D المختلفة وعمليات التشكيل لها متطلبات مختلفة لتوزيع حجم الجسيمات المسحوق. في الوقت الحاضر ، فإن نطاق حجم جسيمات المسحوق المستخدم بشكل شائع في الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية هو 15-53μm (مسحوق ناعم) ، و 53-105μm (مسحوق خشن). اختيار حجم جسيمات مسحوق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد هو أساسا وفقا للطابعات المعدنية ذات مصادر الطاقة المختلفة ، فإن الطابعات التي تستخدم الليزر كمصدر للطاقة مناسبة لاستخدام مسحوق 15-53μm كمواد استهلاكية بسبب بقعة التركيز الدقيقة وسهولة ذوبان المسحوق الدقيق. طريقة توريد المسحوق هي طبقة تلو الأخرى مسحوق الطلاء. تحتوي الطابعة المنتشرة للمسحوق مع شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة على بقعة تركيز أكثر سمكا قليلا ، وهي أكثر ملاءمة لإذابة المسحوق الخشن ، وهي مناسبة لاستخدام مسحوق خشن يتراوح بين 53 و 105 ميكرومتر ؛ بالنسبة للطابعة من نوع تغذية المسحوق المحوري ، يمكن استخدام حجم الجسيمات من 105-150 ميكرومتر كمواد استهلاكية.

4. مورفولوجيا المسحوق

يرتبط مورفولوجيا المسحوق ارتباطا وثيقا بطريقة تحضير المسحوق. بشكل عام ، عندما يتم تحويل الغاز المعدني أو السائل المنصهر إلى مسحوق ، يميل شكل جزيئات المسحوق إلى أن يكون كرويا. معظم المساحيق التي أعدتها الطريقة هي تغصنية. بشكل عام ، كلما زادت الكروية ، كلما كانت سيولة جزيئات المسحوق أفضل. يتطلب مسحوق المعادن الطباعة 3D عدم كروية أكثر من 98٪ بحيث يكون انتشار المسحوق وتغذية المسحوق أسهل في الأداء أثناء الطباعة.

أهمية الطباعة مسحوق المعادن 3D

مسحوق معدني يجعل الطباعة 3D أسرع ويسمح للنماذج الأولية السريعة. يمكن للمصنعين أيضا تعديل التصاميم بشكل أكثر كفاءة. هذه الطريقة فعالة أيضا من حيث التكلفة لأن طابعات 3D المعدنية تستخدم فقط كمية المواد اللازمة لصنع الجزء المطلوب. يجعل تصميم أجزاء الآلات المعقدة سهلا ويتيح إنتاج أجزاء الآلات "المستحيلة".