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如何改变无支撑金属3D打印材料性能

       金属3D打印SLM工艺到底能不能规避支撑,已经不是一个值得讨论的问题,因为Velo3D已经证明了这一点。然而主流的看法是,该技术是以牺牲性能为代价实现的,而且此前Velo3D也确实未曾披露其材料性能。近日,笔者终于拿到了这些数据,在本期文章中,3D打印技术参考将进行一一展示。

       Velo3D的蓝宝石打印机目前公布的可制造材料有钛合金、镍基高温合金以及铝合金,性能检测均使用该公司的标准参数打印,我们将其与EOS同种材料的性能进行对比。

钛合金性能数据

            所测试的钛合金为Ti6Al4V ELI 23级粉末,粒径15-53μm;打印层厚50μm,测试样品以垂直方向打印,根据ASTM E8标准进行测试。热处理是在800℃的氩气气氛中保温2小时,热等静压的处理制度是在800°C和200MPa的压力下保持2个小时。测试结果如下:


                                                               零件精度与质量


       

       与eos的数据对比发现,两者的钛合金打印精度一致,极限尺寸打印能力、零件致密度以及表面质量相比传统的SLM工艺要高。虽然总体来说差异不是特别明显,但确实并不比传统SLM工艺要差。


                                          Velo3D Ti64常温机械性能(垂直建造方向)



       从退火态的数据来看,Velo3D钛合金零件的拉伸强度平均值都落在了EOS所提供的标准范围之外,但它们都显示出了更好的塑性,更关键的,这些数据能够满足标准要求。


       这也为应用端提供了两个选择,是以极为便利的后处理而选择较低但满足要求的性能,还是花费很大精力去完成繁琐且复杂的后处理而获得更高的性能。


镍基高温合金性能数据



         Velo3D所使用的IN718合**号为Praxair Tru-Form 718-35,使用标准的50µm层厚、垂直方向打印,根据ASTM F3055(文件已上传)进行热处理。测试结果如下:


零件精度与质量





       同钛合金一样,Velo3D的镍基高温合金与eos的数据相比,极限尺寸打印能力、零件致密度以及表面质量相比传统的SLM工艺要高,样品的打印精度一致。总体而言,打印质量差距不大,甚至优于eos产品。


Velo3D IN718常温机械性能(垂直建造方向)


   
        

                                             EOS IN718常温机械性能(垂直建造方向)



       从机械性能的对比来看,Velo3D IN718材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂延伸率均在EOS的标准数据之内,经热等静压后,性能进一步提高。这自然已经满足了使用的*低要求。


F357铝合金性能数据



       F357铝合金具有良好的耐腐蚀、高强度重量比和耐热性,在航空航天和汽车领域具有重要应用潜力。相比常用的AlSi10Mg来说,F357可以被阳极氧化,从而在零件表面形成氧化层,这对于保护金属免受腐蚀或提供更好的涂漆效果非常有用。GE增材制造技术中心也采用F357铝合金生产热交换器。

        Sintavia和APC公司都已开发出F357球形粉末用于3D打印,接下来我们以Sintavia的性能数据对比。Velo3D所采用的打印层厚仍为50μm,垂直方向打印。

零件精度与质量



Velo3D F357铝合金常温机械性能



Sintavia F357铝合金常温机械性能



Velo3D F357铝合金仍然保持了极高的打印精度、密度和表面质量。与传统SLM工艺打印的零件性能对比发现,两者的差异并不十分明显。而如果对比AMS4289 关于F357 铝合金铸件的性能要求,Velo3D打印的该材料性能数据也远远超过了标准要求。

END


通过以上对比发现,Velo3D已公布的材料在力学性能方面其实与传统SLM技术并未显示出特别大的差异,通过热处理工艺尽管数据稍有些偏小,但也完全满足相关性能标准。所以通过SLM工艺打印的金属材料只要能够通过合适的热处理工艺调节,都能使产品的各项性能满足我们的需求。




                                                            3D打印热处理炉


       本款产品可用于普通状态下的热处理工艺,也可以用于气氛或真空状态下的热处理工艺,无论是退火、淬火、时效、固溶等各种工艺均能满足要求。通过各种热处理工艺来改变材料的硬度、拉升强度、屈服强度、断裂延伸率、致密度、表面粗糙度等性能使其满足我们需要的各项材料性能指标。


                                               

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