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金属打印材料

近年来,随着3D打印材料的多样化,金属材料的3D打印技术发展尤为迅速。在国防领域,欧美发达国家非常重视3D打印技术的发展,不惜投入巨资加以研究,而3D打印金属零部件一直是研究和应用的重点。3D打印所使用的金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、氧含量低。目前,应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等,此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属粉末材料。

金属3D打印注意事项:
如果您是第一次接触金属3D打印工艺,请仔细阅读以下内容:
1、螺纹建议用攻牙,不建议直接打印(含内,外螺纹)
2、壁厚低于0.5MM不保证能打印出来
3、装配件需要提醒发装配组装图,发货前会装配好才寄出,如没提醒不负责装配,需装配的产品间隙位单边需放0.15MM
4、局部装配要求高的(如轴承孔/直径/平面装配位)要提前留出加工余量,再通过二次精加工配合
5、金属打印高温烧结后有些细长,薄壁件,壳类等结构会有变形,金属打印优势在于结构复杂件,精度跟表面效果劣于机加工
6、本色表面麻点(Ra7左右)
7、精度正负0.1MM左右
8、金属打印材质后处理、跟传统材料一样可以后续二次加工处理

目前金属打印比较成熟的材料有钛合金(TC4),铝合金(AlSi10Mg),不锈钢(316L),模具钢(1.2709)  不锈钢和铝合金最常用于样品零件,模具钢最常用于模具异形水路,价格也很便宜。

1.以不锈钢为例
物理性能 额定值单位
硬度 typ. 89 HRB
层厚 20um
密度 ≥7.9g/cm³
容积率 2mm³/s(7.2cm³/h)
最小壁厚 ≈0.3 - 0.4mm
表面粗糙度  
直接制造 Ra13 ± 5um;Rz80 ± 20um
喷丸处理后 Ra5 ± 2um;Rz 80 ± 20um
抛光处理后 Rz up to < 1um
相对密度与标准参数 ≈100%
机械性能 额定值单位
在水平方向(X) 640 ± 50 MPa
在垂直方向(Y) 540 ± 55 MPa
屈服强度,Rp0.2%  
在水平方向(X) 530 ± 60 MPa
在垂直方向(Y) 470 ± 90 MPa
杨氏模量  
在水平方向(X) typ. 185 GPa
在垂直方向(Y) typ. 180 GPa
断裂伸长率  
在水平方向(X) 40±15%
在垂直方向(Y) 50±20%
热性能 额定值单位
热膨胀系数  
20 - 600 °C (68 - 1080 °F) 14 x 10-6 m/m °C7.8 x 10-6in/in °F
导热系数  
20 °C (68 °F) 13 W/m °C 90 Btu/(h ft² °F/in)
100 °C (212 °F) 14 W/m °C 97 Btu/(h ft² °F/in)
200 °C (392 °F) 15 W/m °C 104 Btu/(h ft² °F/in)
300 °C (572 °F) 16 W/m °C 111 Btu/(h ft² °F/in)
最高工作温度  
550 °C 1022 °F  



2. 以铝合金为例

 
EOS Aluminium Alsi10Mg 铝合金    
外观特性 额定值单位  
颜色 金属色  
打印方式 SLM 选择性激光熔化  
机械性能 成型 热处理
极限抗拉强度   最小1930MPa  最小280KSI
在水平方向(XY) 460 ± 20 MPa   66.7 ± 2.9 ksi 345 ± 10 MPa   50.0 ± 1.5 ksi
在垂直方向(Z) 460 ± 20 MPa   66.7 ± 2.9 ksi 345 ± 10 MPa   50.8 ± 1.5 ksi
屈服强度(Rp0.2)    
在水平方向(XY) 270 ± 10 MPa   39.2 ± 1.5 ksi 230 ± 15 MPa   33.4 ± 2.2 ksi
在垂直方向(Z) 1070 ± 50 MPa   155 ± 7 ksi 230 ± 15 MPa   33.4 ± 2.2 ksi
断裂伸长率    
在水平方向(XY) (9 ± 2) % (12 ± 2 %)
在垂直方向(Z) (6 ± 2) % (11 ± 2 %)
弹性模量    
在水平方向(XY) 75 ± 10 GPa   10.9 ± 0.7 Msi 75 ± 10 GPa   10.2 ± 0.7 Msi
在垂直方向(Z) 75 ± 10 GPa   10.2 ± 0.7 Msi 60 ± 10 GPa    8.7 ± 0.7 Msi
硬度 约119-5 HBW  
疲劳强度    
在垂直方向(Z) 约97±7MPa    约14.1±1.0ksi  
热性能 成型 热处理
导热系数(20℃)    
在水平方向(XY) 约103±5W/m℃ 约173±10W/m℃
在水平方向(XY) 约119±5W/m℃ 约173±10W/m℃
比热容    
在水平方向(XY) 约920±50 J/kg℃ 约890±50 J/kg℃
在水平方向(XY) 约910±50 J/kg℃ 约890±50 J/kg℃



3. 以模具钢为例

 
EOS MaragingSteel MS1 模具钢    
外观特性 额定值单位  
颜色 金属色  
打印方式 SLM 选择性激光熔化  
机械性能 成型 时效硬化后
极限抗拉强度   最小1930MPa 最小280KSI
在水平方向(XY) 1100 ± 100 MPa   160 ± 15 ksi 2500 ± 100 MPa
在垂直方向(Z) 1100 ± 100 MPa   160 ± 15 ksi 297 ± 15 ksi
屈服强度(Rp0.2)    
在水平方向(XY) 1050 ± 100 MPa   152 ± 15 ksi 1990 ± 100 MPa   289 ± 15 ksi
在垂直方向(Z) 1000 ± 100 MPa   145 ± 15 ksi 1990 ± 100 MPa   289 ± 15 ksi
断裂伸长率   最小2%
在水平方向(XY) (10 ± 4) % (4 ± 2 %)
在垂直方向(Z) (10 ± 4) %  
弹性模量    
在水平方向(XY) 165 ± 25 GPa   23 ± 4 Msi 180 ± 20 GPa   26 ± 3 Msi
在垂直方向(Z) 150 ± 20 GPa   22 ± 3 Msi 180 ± 20 GPa   26 ± 3 Msi
硬度 33-37HRC 50-56HRC
延展性(缺口简支梁冲击试验) 45±10 J 11±4 J
导热系数 15±0.8W/m℃   104±6 Btu in/h ft² °F) 20±1W/m℃   139±7 Btu in/h ft² °F)
比热容 450±20 J/kg℃   0.108±0.005 Btu/(lb°F) 450±20 J/kg℃  0.108±0.005 Btu/(lb°F)
最大工作温度 约400℃ 约750°F  



4.以钛合金为例

 
EOS Titanium Ti64 钛合金    
外观特性 额定值单位  
颜色 金属色  
打印方式 SLM 选择性激光熔化  
机械性能 成型 热处理
极限抗拉强度    
在水平方向(XY) 1230 ± 50 MPa  178 ± 7 ksi 最小930 MPa (134.8 ksi) 1050 ± 20 MPa (152 ± 3 ksi)
在垂直方向(Z) 1200 ± 50 MPa  174 ± 7 ksi 最小930 MPa (134.8 ksi) 1060 ± 20 MPa (154 ± 3 ksi)
屈服强度(Rp0.2)    
在水平方向(XY) 1060 ± 50 MPa  154 ± 7 ksi 最小860 MPa (124.7 ksi)  1000 ± 20 MPa (145 ± 3 ksi)
在垂直方向(Z) 1070 ± 50 MPa  155 ± 7 ksi 最小860 MPa (124.7 ksi)  1000 ± 20 MPa (145 ± 3 ksi)
断裂伸长率    
在水平方向(XY) (10 ± 2) % 最小10%(14 ± 1 %)
在垂直方向(Z) (11 ± 3) % 最小10 %(15 ± 1 %)
弹性模量    
在水平方向(XY) 110 ± 10 GPa  16 ± 1.5 Msi 116 ± 10 GPa 17 ± 1.5 Msi
在垂直方向(Z) 110 ± 10 GPa  16 ± 1.5 Msi 114 ± 10 GPa 17 ± 1.5 Msi
硬度 320 ± 12 HV5  
最高长期工作温度 约350℃ 约600°F  





                                        不锈钢地球仪                                                                           铝合金机械配件