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(guī)避支撐，已經(jīng)不是一個(gè)值得討論的問題，因?yàn)閂elo3D已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。然而主流的看法是，該技術(shù)是以犧牲性能為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的，而且此前Velo3D也確實(shí)未曾披露其材料性能。近日，筆者終于拿到了這些數(shù)據(jù)，在本期文章中，3D打印技術(shù)參考將進(jìn)行一一展示。

Velo3D的藍(lán)寶石打印機(jī)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)打印，我們將其與EOS同種材料的性能進(jìn)行對比。

鈦合金性能數(shù)據(jù)

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(jù)ASTM E8標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。熱處理是在800℃的氬氣氣氛中保溫2小時(shí)，熱等靜壓的處理制度是在800°C和200MPa的壓力下保持2個(gè)小時(shí)。測試結(jié)果如下：

零件精度與質(zhì)量

與eos的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，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(zhì)量相比傳統(tǒng)的SLM工藝要高。雖然總體來說差異不是特別明顯，但確實(shí)并不比傳統(tǒng)SLM工藝要差。

Velo3D Ti64常溫機(jī)械性能（垂直建造方向）

從退火態(tài)的數(shù)據(jù)來看，Velo3D鈦合金零件的拉伸強(qiáng)度平均值都落在了EOS所提供的標(biāo)準(zhǔn)范圍之外，但它們都顯示出了更好的塑性，更關(guān)鍵的，這些數(shù)據(jù)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

這也為應(yīng)用端提供了兩個(gè)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(fèi)很大精力去完成繁瑣且復(fù)雜的后處理而獲得更高的性能。

鎳基高溫合金性能數(shù)據(jù)

Velo3D所使用的IN718合**號為Praxair Tru-Form 718-35，使用標(biāo)準(zhǔn)的50μm層厚、垂直方向打印，根據(jù)ASTM F3055（文件已上傳）進(jìn)行熱處理。測試結(jié)果如下：

零件精度與質(zhì)量

同鈦合金一樣，Velo3D的鎳基高溫合金與eos的數(shù)據(jù)相比，極限尺寸打印能力、零件致密度以及表面質(zhì)量相比傳統(tǒng)的SLM工藝要高，樣品的打印精度一致。總體而言，打印質(zhì)量差距不大，甚至優(yōu)于eos產(chǎn)品。

Velo3D IN718常溫機(jī)械性能（垂直建造方向）

EOS IN718常溫機(jī)械性能（垂直建造方向）

從機(jī)械性能的對比來看，Velo3D IN718材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷裂延伸率均在EOS的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之內(nèi)，經(jīng)熱等靜壓后，性能進(jìn)一步提高。這自然已經(jīng)滿足了使用的*低要求。

F357鋁合金性能數(shù)據(jù)

F357鋁合金具有良好的耐腐蝕、高強(qiáng)度重量比和耐熱性，在航空航天和汽車領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力。相比常用的AlSi10Mg來說，F(xiàn)357可以被陽極氧化，從而在零件表面形成氧化層，這對于保護(hù)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(shù)中心也采用F357鋁合金生產(chǎn)熱交換器。

Sintavia和APC公司都已開發(fā)出F357球形粉末用于3D打印，接下來我們以Sintavia的性能數(shù)據(jù)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(zhì)量

Velo3D F357鋁合金常溫機(jī)械性能

Sintavia F357鋁合金常溫機(jī)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(zhì)量。與傳統(tǒng)SLM工藝打印的零件性能對比發(fā)現(xiàn)，兩者的差異并不十分明顯。而如果對比AMS4289 關(guān)于F357 鋁合金鑄件的性能要求，Velo3D打印的該材料性能數(shù)據(jù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)要求。

END

通過以上對比發(fā)現(xiàn)，Velo3D已公布的材料在力學(xué)性能方面其實(shí)與傳統(tǒng)SLM技術(shù)并未顯示出特別大的差異，通過熱處理工藝盡管數(shù)據(jù)稍有些偏小，但也完全滿足相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)。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(diào)節(jié)，都能使產(chǎn)品的各項(xiàng)性能滿足我們的需求。