การพิมพ์ 3 มิติ หรือที่เรียกว่าการผลิตสารเติมแต่งได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมการผลิตโดยนำเสนอวิธีการที่เป็นนวัตกรรมในการผลิตรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและชั้นชิ้นส่วนโดยเลเยอร์ เมื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การพิมพ์โลหะ 3 มิติ ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากความสามารถในการผลิตส่วนประกอบที่มีความแข็งแรงสูงและทนทานในหลากหลายอุตสาหกรรมตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงอุปกรณ์การแพทย์ บทความนี้จะสำรวจวัสดุต่าง ๆ ที่ใช้ใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ อธิบายลักษณะข้อดีและกรณีการใช้งานที่ดีที่สุด

บทนำเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติโลหะ

การพิมพ์โลหะ 3D เป็นคำศัพท์ร่มที่ครอบคลุมกระบวนการผลิตสารเติมแต่งหลายอย่างสำหรับการสร้างชิ้นส่วนโลหะ กระบวนการเหล่านี้มักจะโดดเด่นด้วยการสร้างชั้นชิ้นส่วนโดยเลเยอร์โดยใช้ผงโลหะเส้นใยหรือสายไฟซึ่งหลอมรวมเข้าด้วยกันด้วยความช่วยเหลือของเทคนิคขั้นสูงเช่น การเลือกเลเซอร์เลเซอร์แบบเลือก (SLM) หรือ การเผาเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS ) วิธีการเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนซึ่งอาจเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตโดยใช้วิธีการผลิตแบบดั้งเดิม

ในการพิมพ์โลหะ 3 มิติวัสดุส่วนใหญ่มักถูกประมวลผลผ่านการเผาการเชื่อมหรือการหลอมละลายด้วยเทคโนโลยีฟิวชั่นแบบผงเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่วัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสี่ชิ้นใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ - สตีลสตีลเหล็กกล้าเครื่องมือไทเทเนียมและ Inconel® 625 - และสำรวจแอปพลิเคชันผลประโยชน์และกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ด้วยวัสดุเหล่านี้

1. สแตนเลส

ภาพรวม

สแตนเลส เป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่ใช้ใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมความแข็งแรงสูงและผิวเรียบ วัสดุนี้มักใช้ในการบินและอวกาศยานยนต์ฮาร์ดแวร์ทหารและแอพพลิเคชั่นทางการแพทย์ ชิ้นส่วนที่พิมพ์จากสแตนเลสสามารถแสดงความแข็งแรงที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนที่ผลิตโดยใช้วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการใช้งาน

ประเภทของสแตนเลสในการพิมพ์ 3 มิติ

สแตนเลสที่ใช้ใน การพิมพ์ 3 มิติ มาในหลายเกรดและโลหะผสม โลหะผสมสแตนเลสสตีลที่ใช้กันมากที่สุดใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ เป็น 316Lที่รู้จักกันดีในเรื่องความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม มันมีเหล็ก 66-70% พร้อมกับโครเมี่ยม 16-18%, นิกเกิล 11-14% และโมลิบดีนัม 2-3% ที่มีปริมาณคาร์บอนต่ำ โลหะผสมนี้มีความทนทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนโดยเฉพาะทำให้เป็นตัวเลือกอันดับต้น ๆ สำหรับชิ้นส่วนที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

โลหะผสมสแตนเลสอื่น ๆ ที่ใช้ใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ รวมถึง:

• 304L: เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและการเชื่อมเหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป

• 17-4 pH : สแตนเลสสตีลที่ตกตะกอนที่มีความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อน

• 15-5 pH : เหล็กกล้าการตกตะกอนอีกครั้งที่มีคุณสมบัติคล้ายกับ 17-4 pH แต่มีความทนทานที่ดีขึ้น

ข้อดีของสแตนเลสในการพิมพ์ 3 มิติ

• ความแข็งแรงและความทนทาน : สแตนเลสมีความแข็งแรงเชิงกลสูงทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่สัมผัสกับความเครียด

• ความต้านทานการกัดกร่อน : ปริมาณโครเมียมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือน้ำเกลือ

• การดึงดูดความงาม : ชิ้นส่วนสแตนเลสที่พิมพ์โดยใช้ วิธี การพิมพ์โลหะ 3 มิติ สามารถทำให้เสร็จสมบูรณ์ได้อย่างราบรื่นทำให้พวกเขาดึงดูดสายตา

แอปพลิเคชัน

สแตนเลสใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรมรวมถึงการบินและอวกาศสำหรับชิ้นส่วนกังหันยานยนต์สำหรับส่วนประกอบไอเสียและการแพทย์สำหรับการปลูกถ่ายและเครื่องมือผ่าตัด ความสามารถของวัสดุในการจัดการอุณหภูมิสูงและต้านทานการกัดกร่อนนั้นมีค่าในการใช้งานเหล่านี้

2. เหล็กกล้าเครื่องมือ

ภาพรวม

เหล็กกล้าเครื่องมือ เป็นกลุ่มของโลหะผสมเหล็กที่โดดเด่นด้วยปริมาณคาร์บอนสูงและการปรากฏตัวขององค์ประกอบการผสมเช่นทังสเตน, โครเมียม, วานาเดียมและโมลิบดีนัม เหล็กเหล่านี้มีชื่อเสียงในด้านความแข็งความต้านทานการสึกหรอและความสามารถในการรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นเหล็กกล้าเครื่องมือจะถูกใช้บ่อยในการผลิตเครื่องมือและแม่พิมพ์ที่ต้องการความทนทานและความแม่นยำ

ประเภทของเหล็กกล้าเครื่องมือในการพิมพ์ 3 มิติ

เหล็กกล้าเครื่องมือ หลายประเภท ใช้ใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ รวมถึง:

• เหล็กเครื่องมือ D2 : เหล็กคาร์บอนสูงและเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งและความต้านทานการสึกหรอเหมาะสำหรับเครื่องมือตัดและแม่พิมพ์

• เหล็กเครื่องมือ M2 : เหล็กความเร็วสูงที่ใช้ในเครื่องมือตัดและอุปกรณ์ขุดเจาะ

• H13 เครื่องมือเหล็ก : เหล็กเครื่องมือทำงานร้อนที่รักษาความแข็งและความแข็งแรงแม้ในอุณหภูมิสูงซึ่งใช้กันทั่วไปในแม่พิมพ์หล่อแม่พิมพ์

• 1.2709: เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงและมีอัลลอยต่ำใช้สำหรับแม่พิมพ์ฉีดและเครื่องมือ

ข้อดีของเหล็กกล้าเครื่องมือในการพิมพ์ 3 มิติ

• ความแข็งสูง : เหล็กกล้าเครื่องมือให้ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ได้รับแรงเสียดทานหรือความเครียดเชิงกลอย่างมีนัยสำคัญ

• ความเสถียรทางความร้อน : เหล็กเหล่านี้รักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับส่วนประกอบที่ใช้ในการใช้งานร้อน

• ความแม่นยำและความทนทาน : เหล็กกล้าเครื่องมือเหมาะสำหรับการผลิตแม่พิมพ์เครื่องมือตัดและชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงอื่น ๆ ที่ต้องการความทนทานและความต้านทานต่อการสึกหรอ

แอปพลิเคชัน

เหล็กกล้าเครื่องมือมีความสำคัญในอุตสาหกรรมเช่นยานยนต์การบินและอวกาศและการผลิต พวกเขาใช้เพื่อสร้างเครื่องมือตัดแม่พิมพ์แม่พิมพ์ตายและส่วนประกอบเครื่องมืออื่น ๆ ที่ต้องทนต่ออุณหภูมิสูงและสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไป

3. ไทเทเนียม

ภาพรวม

ไทเทเนียม เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ ที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแรงน้ำหนักต่ำและความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม มันถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการแพทย์เนื่องจากความสามารถในการทนต่อการโหลดเชิงกลสูงในขณะที่น้ำหนักเบา นอกจากนี้โลหะผสมไทเทเนียมยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับสแตนเลสทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ประเภทของไทเทเนียมในการพิมพ์ 3 มิติ

โลหะผสมไทเทเนียมที่พบมากที่สุดที่ใช้ใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ รวมถึง:

• Ti-6AL-4V : โลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ ที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแรงสูงน้ำหนักต่ำและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี

• CP-TI (ไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์): เกรดไทเทเนียมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม แต่ความแข็งแรงต่ำกว่าเมื่อเทียบกับโลหะผสม

• เบต้า 21S : โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงและต้านทานความเหนื่อยล้าซึ่งมักใช้ในการใช้งานการบินและอวกาศ

• TA15 : โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงเมื่อยล้าเป็นพิเศษซึ่งใช้กันทั่วไปในการบินและอวกาศและการแพทย์

ข้อดีของไทเทเนียมในการพิมพ์ 3 มิติ

• น้ำหนักเบา : ไทเทเนียมมีน้ำหนักเบากว่าโลหะส่วนใหญ่อย่างมีนัยสำคัญทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่การลดน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ

• อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง : โลหะผสมไทเทเนียมมีความแข็งแรงที่เหนือกว่าในขณะที่รักษาน้ำหนักต่ำซึ่งเป็นลักษณะสำคัญในการบินและอวกาศและการแพทย์

• ความต้านทานการกัดกร่อน : ไทเทเนียมมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นสภาพแวดล้อมทางทะเลหรือสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด

แอปพลิเคชัน

ไทเทเนียมใช้ในการบินและอวกาศสำหรับส่วนประกอบของเครื่องบินในการแพทย์เพื่อการปลูกถ่ายและขาเทียมและในยานยนต์สำหรับชิ้นส่วนประสิทธิภาพ ความแข็งแรงและธรรมชาติที่มีน้ำหนักเบาทำให้เป็นวัสดุที่หลากหลายสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ

4. Inconel® 625

ภาพรวม

Inconel® 625 เป็นซุปเปอร์อัลลอยจากนิกเกิลที่รู้จักกันดีในเรื่องความแข็งแรงและความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน มันสามารถรักษาความแข็งแรงและคุณสมบัติได้แม้ที่อุณหภูมิสูงทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นอุตสาหกรรมทางทะเลพลังงานและเคมี Inconel® 625 มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันสูงทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่จะสัมผัสกับสารเคมีที่รุนแรงอุณหภูมิสูงและการกัดกร่อน

ข้อดีของInconel® 625 ในการพิมพ์ 3 มิติ

• ความแข็งแรงสูง : Inconel® 625 ยังคงความแข็งแรงแม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,000 ° C (1,832 ° F) ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง

• ความต้านทานการกัดกร่อน : ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมทางทะเลสารเคมีและพลังงาน

• ความต้านทานอุณหภูมิ : สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติเชิงกลทำให้เหมาะสำหรับเครื่องยนต์กังหันและส่วนประกอบความร้อนสูงอื่น ๆ

แอปพลิเคชัน

Inconel® 625 ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศสำหรับใบมีดกังหันในการใช้งานทางทะเลสำหรับใบพัดและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและในภาคพลังงานสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง

แผ่นสแตนเลส

แผ่นเหล็ก

แผ่นไทเทเนียม

625 แผ่น

วิธีการพิมพ์ 3D โลหะทำงานอย่างไร

โดยทั่วไป โลหะ 3 มิติ การพิมพ์ นั้นเกี่ยวข้องกับการใช้ผงโลหะซึ่งถูกหลอมรวมเข้าด้วยกันโดยใช้เลเยอร์โดยใช้เลเซอร์ที่มีกำลังสูงหรือคานอิเล็กตรอน กระบวนการเริ่มต้นด้วยการแพร่กระจายชั้นแรกของผงลงบนแพลตฟอร์มการสร้าง จากนั้นลำแสงเลเซอร์หรืออิเล็กตรอนจะละลายหรือ sinters ผงทำให้เกิดชั้นหนึ่งของชิ้นส่วน หลังจากแต่ละเลเยอร์เสร็จสิ้นแพลตฟอร์มการสร้างจะลดลงและชั้นใหม่ของผงจะกระจายไปทั่วก่อนหน้า กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าส่วนทั้งหมดจะเกิดขึ้น

วิธีการพิมพ์ 3 มิติที่แตกต่างกันใช้วัสดุที่แตกต่างกันรวมถึงผงลวดและเส้นใย แต่วิธีการทำแบบผงเช่น การละลายเลเซอร์แบบเลือก (SLM) และ การเผาเลเซอร์โลหะโดยตรง (DMLS) เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดสำหรับ การพิมพ์ 3D โลหะ วิธีการเหล่านี้ช่วยให้การสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนซึ่งยากต่อการผลิตโดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิม

วิธีเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

การเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับ โครงการ การพิมพ์ 3 มิติโลหะ จำเป็นต้องมีการประเมินคุณสมบัติของวัสดุและวิธีที่พวกเขาสอดคล้องกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของชิ้นส่วน ปัจจัยที่ต้องพิจารณา ได้แก่ :

1. คุณสมบัติเชิงกล : วัสดุมีความแข็งแรงความแข็งและความต้านทานการสึกหรอสำหรับการใช้งานหรือไม่?

2. ความต้านทานการกัดกร่อน : วัสดุที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งต้องการความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนหรือไม่?

3. ความต้านทานอุณหภูมิ : ชิ้นส่วนจะต้องทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่ลดลงหรือสูญเสียคุณสมบัติหรือไม่?

4. ค่าใช้จ่าย : ค่าใช้จ่ายของวัสดุและกระบวนการพิมพ์ 3 มิติอาจแตกต่างกันไปดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับงบประมาณของโครงการ

โดยการประเมินปัจจัยเหล่านี้และเปรียบเทียบกับข้อกำหนดของวัสดุที่มีอยู่ผู้ผลิตสามารถเลือกวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับ ความต้องการ การพิมพ์ 3 มิติ ที่เฉพาะเจาะจง

บทสรุป

การพิมพ์โลหะ 3 มิติ ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและการเลือกวัสดุที่เหมาะสมนั้นมีความสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการ เหล็กกล้าเครื่องมือ , สแตนเลสสตีล , ไทเทเนียม และ Inconel® 625 เป็นเพียงส่วนหนึ่งของวัสดุที่ใช้กันทั่วไปใน การพิมพ์โลหะ 3 มิติ วัสดุแต่ละชนิดมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะตั้งแต่การบินและอวกาศไปจนถึงอุตสาหกรรมการแพทย์และยานยนต์ การทำความเข้าใจคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้และวิธีที่พวกเขาสอดคล้องกับข้อกำหนดของโครงการเป็นกุญแจสำคัญในการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับ การพิมพ์ 3D.