關于3D打印鎳合金相關

魔猴君  知識堂   72天前

鎳基合金因其出色的耐熱性、耐機械應力性和耐腐蝕性而在3D打印中發揮著至關重要的作用。這些特性使它們特別適合制造航空航天、汽車、醫療或能源等要求嚴格的領域的技術零件。它們與增材制造的兼容性允許生產用于在極端環境下運行的復雜組件。本指南概述了它們的特性、它們對3D打印的優勢、主要應用以及該領域的主要參與者。

材料特性

工業中使用的鎳合金來自從天然礦石（例如鎳黃鐵礦、褐鐵礦或硅鎂鎳礦）中提取的鎳。通過采礦過程提取后，礦石經過提煉可生產出純鎳，然后用于制造具有特定性能的合金。

該行業的一些主要合金以獲得專利的公司命名。最常見的是：

Inconel?：Inconel是一種鎳和鉻基高溫合金，以其高耐熱性和耐腐蝕性而聞名。兩種主要合金Inconel 625和Inconel 718因其成分而有所區別。625富含鎳、鉻、鉬和鈮，而718含鐵較多，鉬較少，并含有鈦、鋁和較多的鈮。

哈氏合金：這種合金主要由鈷、鉻、鎳和鉬組成，具有在酸性或化學環境中耐腐蝕的性能。Hastelloy?X是一種奧氏體合金，含有少量鈷、鉬和鎢，使其在高溫下具有出色的抗氧化性能。這些特性使其成為噴氣發動機和工業爐的首選材料。

HAYNES?：該系列鎳基高溫合金由Haynes International公司開發，該公司以其適用于極端環境的高性能材料而聞名。最常見的合金包括230、282和214級，以其耐熱性和高結構穩定性而聞名。

除了上述3種合金外，還有其他合金，例如蒙乃爾合金（鎳銅合金）、可伐合金（鎳鐵鈷合金）或因瓦合金（含36%鎳的鐵鎳合金）。

采用Inconel 625的3D打印部件（圖片來源：ExOne）

鎳合金3D打印

為了用于3D打印，鎳必須首先轉化為高質量的金屬粉末。這種轉變主要基于霧化技術，其中尤以氣體霧化和等離子霧化最為常用。一旦獲得粉末，就會對其進行仔細的分類和包裝。這些復雜的工藝使得生產出符合尖端工業領域嚴格標準的鎳合金粉末成為可能。

鎳合金的3D打印主要基于使用金屬粉末的技術。主要有粉末床激光熔合（DMLS）、電子束熔合（EBM）和DED。每種方法都需要對光束功率（激光或電子）、掃描速度甚至層厚度等參數進行嚴格優化，以確保所獲得零件的機械性能和質量。對于粘合劑噴射工藝，粘合劑的選擇對于確保層間良好的粘合性非常重要。此外，由于打印部件最初非常多孔，因此必須控制粘合劑的分布和粉末的密度，以限制燒結過程中的收縮和變形。

優點和局限性

鎳合金在增材制造中的應用具有許多優勢。它們具有出色的耐高溫性能，即使在700°C以上的溫度下也能保持結構完整性，使其成為極端條件下部件的理想材料。此外，3D打印提供了極大的設計自由，可以生產復雜且優化的幾何形狀，而這通常是使用傳統方法無法實現的。這種先進的設計能力促進了更輕、性能更高的零部件的創造，這在航空和汽車等領域具有決定性的優勢。

然而，這些材料并非沒有限制。鎳合金粉末的高成本是其應用的一大障礙，大大增加了生產成本。此外，3D打印部件通常需要后處理操作，例如熱處理或額外加工，這會延長制造時間。最后，處理細金屬粉末會引發安全和健康問題，需要采用嚴格的規程并使用合適的防護設備。

圖片來源：EOS（左）/Materialise（右）

主要應用

3D打印中使用的鎳合金因其特性而廣泛應用于各個領域。在航空航天工業中，它們用于制造噴氣發動機部件，例如渦輪葉片和燃燒室，這些部件必須承受極端溫度和高機械應力。在汽車工業中，這些合金因其耐熱和耐腐蝕性能而用于生產渦輪增壓器和排氣系統等高性能部件。在醫學領域，由于其耐用性和生物相容性，它們是制造植入物和定制醫療設備的首選材料。最后，在石油和天然氣工業中，它們用于制造鉆井和加工設備的部件，旨在承受高腐蝕性環境和高溫。因此，許多行業已經受益于鎳合金在3D打印中的優勢。

編譯整理：3dnatives