News
ข่าวประชาสัมพันธ์
blog
อัปเดต 04.11.2021
วัสดุการพิมพ์โลหะ 3 มิติ
สวัสดี!
เนื่องจากเทคโนโลยีการพิมพ์แบบโลหะ 3 มิติได้เติบโตขึ้น วัสดุต่าง ๆ จึงพร้อมสำหรับการพิมพ์มากขึ้น โลหะหลายชนิดเหล่านี้อาจเป็นเรื่องยากหรือมีราคาแพงในการประดิษฐ์โดยใช้วิธีการผลิตแบบเดิม แต่เหมาะสำหรับการพิมพ์ 3 มิติด้วยคุณสมบัติของวัสดุที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะสำหรับการทำงานที่มีมูลค่าสูง
อ่านบล็อกนี้เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับกลุ่มวัสดุทั่วไปห้ากลุ่มในการผลิตแบบเติมเนื้อโลหะ 3 มิติ ได้แก่ steel, superalloys, titanium, copper และ aluminum โพสต์นี้จะครอบคลุมถึงคุณลักษณะ การใช้งาน ข้อดีและข้อเสีย และโลหะเฉพาะภายในแต่ละกลุ่ม
Steel
เหล็กเป็นโลหะที่ใช้กันทั่วไปในการพิมพ์ 3 มิติ คุณสมบัติของวัสดุที่ยอดเยี่ยม, ความเก่งกาจ และการใช้งานอย่างกว้างขวางในการผลิตที่แม่นยำทำให้เหล็กสำหรับการพิมพ์ 3 มิติเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสร้างชิ้นส่วนคุณภาพสูง เหล็กส่วนใหญ่สามารถพิมพ์ได้ แต่สองประเภทที่ใช้กันมากที่สุดคือ stainless steels และ Tool steels ซึ่งเป็นโลหะที่มีราคาแพงกว่าและยากต่อการประดิษฐ์ตามแบบแผน
คุณลักษณะที่เชื่อถือได้:
• ความแข็งแกร่งและความแข็งที่ดีเยี่ยม
• คุณสมบัติของวัสดุที่หลากหลาย
• รักษาความร้อนได้
Stainless steels เป็นเหล็กกล้าที่แข็งแรงและแข็งซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมเนื่องจากมีปริมาณโครเมียมที่สำคัญ (อย่างน้อย 12% มักจะสูงถึง 18%) โดยทั่วไปแล้วการพิมพ์ stainless steels สองประเภท: austenitic และ martensitic
Austenitic stainless steels ซึ่งเป็น stainless steels ทั่วไปส่วนใหญ่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถนำไปกลึงและเชื่อมได้แม้ว่าจะไม่สามารถให้ความร้อนได้ 316L เป็น stainless steels ทั่วไปที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า
Martensitic stainless steelsมีความแข็งกว่าเหล็กกล้าออสเทนนิติกมาก แต่จะเปราะและทนต่อการกัดกร่อนน้อยกว่า 17-4 PH เป็น martensitic stainless steel ที่สามารถผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อให้พอดีกับคุณสมบัติของวัสดุที่หลากหลาย และใช้กันอย่างแพร่หลายตลอดการผลิต
Tool steels ได้รับการตั้งชื่อตามการใช้งานหลัก - การใช้งานเครื่องมือทุกประเภท ประกอบด้วยคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่แข็งมากซึ่งมีความสำคัญต่อความสามารถในการตัด, เจียร, ประทับตรา, แม่พิมพ์ หรือแบบฟอร์ม โดยทั่วไปจะมีความแข็งมาก, ทนต่อการขีดข่วน และหลายชนิดสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง Tool steels 3D ที่พิมพ์ด้วยโลหะมากที่สุดสามประเภท ได้แก่ A series, D series และ H series tool steels
A Series tool steels เป็น tool steel ที่กลึงได้ซึ่งใช้งานทั่วไปได้ดีเยี่ยม ซึ่งให้ความทนทานต่อการสึกหรอและความเหนียวที่สมดุล A Series มีทั้งหมด 8 แบบ โดยส่วนใหญ่เป็น A2 tool steel เป็น tool steel สำหรับงานเย็นอเนกประสงค์ที่มักใช้ทำการเจาะและแม่พิมพ์ ตลอดจนการใช้งานอื่น ๆ ที่หลากหลาย
A Series tool steels ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความต้านทานการสึกหรอและความแข็ง ไม่เหนียวเป็นพิเศษและใช้สำหรับงานเย็นเท่านั้น ความหลากหลายที่พบบ่อยที่สุดใน D series คือ D2 steel ซึ่งเป็น tool steel งานเย็นที่ใช้กับเครื่องมือตัดทุกประเภท ตั้งแต่ใบมีดไปจนถึงเครื่องมือตัดอุตสาหกรรมและมีด
A Series tool steels ตัดและขึ้นรูปวัสดุที่อุณหภูมิสูง (หรือแบบ cycling) H13 เป็น tool steel งานร้อนที่พิมพ์โดย 3D ที่พบได้บ่อยที่สุด การผสมผสานระหว่างความแข็งแรงของโลหะที่พิมพ์ 3D ที่ยอดเยี่ยม ความเหนียว, ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานความร้อนทำให้เป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ใช้งานทั่วไปได้ดีซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานในอุณหภูมิสูง
Superalloys
เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติสร้างความแตกต่างให้กับตัวเองด้วยความสามารถในการประดิษฐ์โลหะผสมที่มีมูลค่าสูงด้วยต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำ มักจะยากและมีราคาแพงสำหรับเครื่องจักร การพิมพ์ 3 มิติช่วยให้บริษัทต่าง ๆ ผลิตชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงในราคาที่ถูกกว่าวิธีการลดทอน Superalloys เจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย — สถานที่ที่มีความร้อนสูง, สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน หรือทั้งสองอย่าง แม้ว่าจะมี superalloys ที่พิมพ์ได้จำนวนมาก แต่กลุ่มที่พบมากที่สุด 2 กลุ่มคือ Inconel และ Cobalt Chrome
คุณลักษณะที่เชื่อถือได้:
• คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม
• ทนความร้อน
• ความมั่นคงของพื้นผิวที่ดี
• ทนต่อการกัดกร่อน
• เข้ากันได้ทางชีวภาพ (Cobalt Chrome เท่านั้น)
Inconel
กลุ่มโลหะผสมนิกเกิลที่เป็นกรรมสิทธิ์ที่พบบ่อยที่สุดคือ Inconel วัสดุที่แข็งแรง, ทนทาน และทนต่อการกัดกร่อนสูงนี้ใช้ในกังหัน, engine seals และจรวด สองสูตรที่ใช้มากที่สุดในการพิมพ์ 3 มิติ inconel คือ Inconel 718 ที่แข็งแรงและแข็งแกร่งกว่า และ Inconel 625 ที่ทนความร้อนได้มากกว่า ทั้งสองสูตรมีราคาแพงสำหรับการตัดเฉือนตามแบบแผน ทำให้การพิมพ์ 3 มิติเป็นทางเลือกที่คุ้มค่า
Cobalt Chrome
ซูเปอร์อัลลอยนี้ขึ้นชื่อในเรื่องความเข้ากันได้ทางชีวภาพ อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง และความต้านทานการกัดกร่อน โดยพื้นฐานแล้วเป็นไทเทเนียมเกรดที่สูงกว่า, หนาแน่นกว่า และมีราคาแพงกว่า เช่นเดียวกับ Inconel มันถูกใช้ในกังหันและสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรอื่น ๆ แต่ยังสามารถใช้ในการใช้งานทางการแพทย์ที่ Inconel ไม่เหมาะรวมถึงการปลูกถ่ายกระดูกและฟัน
Titanium
แม้ว่าจะไม่ใช่วัสดุทั่วไปที่ใช้ในการผลิตทั่วไป แต่อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักของไททาเนียมและต้นทุนที่สูง (ทั้งต้นทุนวัสดุและต้นทุนการตัดเฉือน) ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ โดยทั่วไปแล้วไททาเนียมจะพิมพ์เป็นสองแบบที่แตกต่างกัน: Titanium alloys และ pure Titanium (เรียกว่า CP Ti)
คุณลักษณะที่เชื่อถือได้:
• อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก
• ทนความร้อน
• ทนต่อสารเคมี
• เข้ากันได้ทางชีวภาพ (ขึ้นอยู่กับกระบวนการและโลหะผสม)
Titanium Alloys
ไททาเนียมมีคุณสมบัติทางกลที่ดีที่สุดเมื่อผสมกับโลหะอื่น ๆ โลหะผสมไทเทเนียมที่พบมากที่สุดคือ Ti64 (Ti-6Al-4V) ซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งแรงและมีความหนาแน่นน้อยกว่าสแตนเลส 17-4 PH ถึง 40% เป็นเลิศในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนและอุณหภูมิสูง ลักษณะเหล่านี้ทำให้เป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ ในอุตสาหกรรมที่มีอัตราส่วนความแข็งแกร่งต่อน้ำหนักสูง เช่น เครื่องบินและยานพาหนะประสิทธิภาพสูง
Commercially Pure Titanium (CP Ti)
ไททาเนียมบริสุทธิ์ไม่แข็งแรงเท่ากับโลหะผสมไททาเนียมส่วนใหญ่ แต่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง ใช้สำหรับเม็ดมีดเกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูกและการใช้งานทางการแพทย์ที่คล้ายคลึงกัน
Copper
ทองแดงนำเสนอคุณค่าที่ไม่เหมือนใครในวัสดุโลหะที่พิมพ์ได้ 3 มิติ — ทองแดงใช้สำหรับการนำความร้อนและไฟฟ้าแทนคุณสมบัติทางกล การพิมพ์โลหะ 3 มิติช่วยให้วิศวกรสร้างชิ้นส่วนทองแดงที่ปรับให้เหมาะสมทางเรขาคณิต เช่น ฮีตซิงก์, แขนเชื่อม และแท่งบัสด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก มีเพียงไม่กี่ระบบเท่านั้นที่สามารถพิมพ์ทองแดงเวอร์ชันใดก็ได้ในปัจจุบัน ทองแดงสามารถพิมพ์ในรูปแบบบริสุทธิ์หรือพิมพ์ในรูปแบบอัลลอยด์ได้มากกว่าปกติ
คุณลักษณะที่เชื่อถือได้:
• นำไฟฟ้า
• นำความร้อน
• ทนต่อการกัดกร่อน
• เหนียว
Pure Copper
ทองแดงบริสุทธิ์มีค่าการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีที่สุดของโลหะผสมทองแดง ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าสูงและการสะท้อนแสงด้วยเลเซอร์สูง ทองแดงจึงไม่เข้ากันกับระบบที่ใช้เลเซอร์มาตรฐาน ทองแดงบริสุทธิ์มีเฉพาะในเครื่อง Bound Powder Extrusion เท่านั้น
Alloyed Copper
ทองแดงผสมมักจะมีองค์ประกอบการผสม 1-2% ซึ่งทำให้สามารถพิมพ์บนเครื่อง Powder Bed Fusion บางรุ่นได้ โลหะผสมเหล่านี้แม้ว่าจะค่อนข้างนำไฟฟ้า แต่ก็เป็นตัวเลือกที่ด้อยกว่าทองแดงบริสุทธิ์ ตัวอย่างของทองแดงผสมที่พิมพ์ได้คือ C18150 ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีโครเมียมและสังกะสี
Aluminum
อะลูมิเนียม ในขณะที่ใช้ในเครื่องพิมพ์โลหะ 3D บางรุ่น จะเห็นได้ในการพิมพ์ 3D น้อยกว่าในกระบวนการผลิตทั่วไป ความขาดแคลนในชิ้นส่วนโลหะการพิมพ์ 3 มิตินั้นเกิดจากสองปัจจัย: ความสามารถในการพิมพ์ต่ำและต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำในการผลิตแบบธรรมดา ด้วยเหตุนี้ ROI ที่เป็นไปได้สำหรับชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3 มิติโดยใช้อลูมิเนียมหรือราคาของเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติ จึงไม่เหมาะกับการพิมพ์เสมอไป อลูมิเนียมอัลลอยด์ทั่วไปส่วนใหญ่ เช่น 6061 และ 7075 จะไม่ถูกพิมพ์ออกมา ในทางกลับกัน เครื่อง Powder Bed Fusion ที่พิมพ์อะลูมิเนียมมักจะพิมพ์อะลูมิเนียมเกรดหล่อที่นุ่มกว่า โลหะผสมเกรดการหล่อเหล่านี้มีซิลิกอนสูงถึง 12% โดยน้ำหนักและมีคุณสมบัติทางกลที่ด้อยกว่า
คุณลักษณะที่เชื่อถือได้:
• น้ำหนักเบา
• ทนทาน
• เหนียว
ทางเลือกแทนอะลูมิเนียมในการพิมพ์ 3 มิติ
เนื่องจากค่าของการพิมพ์ค่อนข้างต่ำ จึงไม่ชัดเจนว่าจะกลายเป็นเรื่องธรรมดาในการพิมพ์ 3 มิติเมื่อใด ก่อนหน้านั้น ไททาเนียมและเหล็กกล้าจะมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักใกล้เคียงกันเมื่อพิมพ์ด้วยวัสดุเติมเซลล์แบบเปิด ในขณะที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบต่อเนื่องสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงอลูมิเนียมได้ในราคาเพียงเสี้ยวเดียว
องค์กรที่สนใจในการพิมพ์ชิ้นส่วนอลูมิเนียม 3D ควรพิจารณาการผลิตแบบเพิ่มเนื้อด้วยการพิมพ์ 3D ของ Markforged Carbon Fiber ซึ่งสามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีความแข็งแกร่งเทียบเท่ากับอะลูมิเนียม 6061-T6 ในขณะที่นำเสนอคุณสมบัติของวัสดุที่เพิ่มขึ้น เช่น ความแข็ง, ทนต่อแรงกระแทก, ทนความร้อน และความทนทาน นอกจากนี้ เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียม 6061 การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์เสริมแรงมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีขึ้นอย่างมาก ซึ่งอาจมีความสำคัญต่อการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงบางอย่างในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การบินและอวกาศและยานยนต์
แล้วพบกันใหม่!