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如何改變無支撐金屬3D打印材料性能

       金屬3D打印SLM工藝到底能不能規避支撐,已經不是一個值得討論的問題,因為Velo3D已經證明了這一點。然而主流的看法是,該技術是以犧牲性能為代價實現的,而且此前Velo3D也確實未曾披露其材料性能。近日,筆者終于拿到了這些數據,在本期文章中,3D打印技術參考將進行一一展示。

       Velo3D的藍寶石打印機目前公布的可制造材料有鈦合金、鎳基高溫合金以及鋁合金,性能檢測均使用該公司的標準參數打印,我們將其與EOS同種材料的性能進行對比。

鈦合金性能數據

            所測試的鈦合金為Ti6Al4V ELI 23級粉末,粒徑15-53μm;打印層厚50μm,測試樣品以垂直方向打印,根據ASTM E8標準進行測試。熱處理是在800℃的氬氣氣氛中保溫2小時,熱等靜壓的處理制度是在800°C和200MPa的壓力下保持2個小時。測試結果如下:


                                                               零件精度與質量


       

       與eos的數據對比發現,兩者的鈦合金打印精度一致,極限尺寸打印能力、零件致密度以及表面質量相比傳統的SLM工藝要高。雖然總體來說差異不是特別明顯,但確實并不比傳統SLM工藝要差。


                                          Velo3D Ti64常溫機械性能(垂直建造方向)



       從退火態的數據來看,Velo3D鈦合金零件的拉伸強度平均值都落在了EOS所提供的標準范圍之外,但它們都顯示出了更好的塑性,更關鍵的,這些數據能夠滿足標準要求。


       這也為應用端提供了兩個選擇,是以極為便利的后處理而選擇較低但滿足要求的性能,還是花費很大精力去完成繁瑣且復雜的后處理而獲得更高的性能。


鎳基高溫合金性能數據



         Velo3D所使用的IN718合**號為Praxair Tru-Form 718-35,使用標準的50μm層厚、垂直方向打印,根據ASTM F3055(文件已上傳)進行熱處理。測試結果如下:


零件精度與質量





       同鈦合金一樣,Velo3D的鎳基高溫合金與eos的數據相比,極限尺寸打印能力、零件致密度以及表面質量相比傳統的SLM工藝要高,樣品的打印精度一致。總體而言,打印質量差距不大,甚至優于eos產品。


Velo3D IN718常溫機械性能(垂直建造方向)


   
        

                                             EOS IN718常溫機械性能(垂直建造方向)



       從機械性能的對比來看,Velo3D IN718材料的抗拉強度、屈服強度以及斷裂延伸率均在EOS的標準數據之內,經熱等靜壓后,性能進一步提高。這自然已經滿足了使用的*低要求。


F357鋁合金性能數據



       F357鋁合金具有良好的耐腐蝕、高強度重量比和耐熱性,在航空航天和汽車領域具有重要應用潛力。相比常用的AlSi10Mg來說,F357可以被陽極氧化,從而在零件表面形成氧化層,這對于保護金屬免受腐蝕或提供更好的涂漆效果非常有用。GE增材制造技術中心也采用F357鋁合金生產熱交換器。

        Sintavia和APC公司都已開發出F357球形粉末用于3D打印,接下來我們以Sintavia的性能數據對比。Velo3D所采用的打印層厚仍為50μm,垂直方向打印。

零件精度與質量



Velo3D F357鋁合金常溫機械性能



Sintavia F357鋁合金常溫機械性能



Velo3D F357鋁合金仍然保持了極高的打印精度、密度和表面質量。與傳統SLM工藝打印的零件性能對比發現,兩者的差異并不十分明顯。而如果對比AMS4289 關于F357 鋁合金鑄件的性能要求,Velo3D打印的該材料性能數據也遠遠超過了標準要求。

END


通過以上對比發現,Velo3D已公布的材料在力學性能方面其實與傳統SLM技術并未顯示出特別大的差異,通過熱處理工藝盡管數據稍有些偏小,但也完全滿足相關性能標準。所以通過SLM工藝打印的金屬材料只要能夠通過合適的熱處理工藝調節,都能使產品的各項性能滿足我們的需求。




                                                            3D打印熱處理爐


       本款產品可用于普通狀態下的熱處理工藝,也可以用于氣氛或真空狀態下的熱處理工藝,無論是退火、淬火、時效、固溶等各種工藝均能滿足要求。通過各種熱處理工藝來改變材料的硬度、拉升強度、屈服強度、斷裂延伸率、致密度、表面粗糙度等性能使其滿足我們需要的各項材料性能指標。


                                               

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