Aluminiumlegeringen voor 3d printen hebben verschillende gunstige eigenschappen, zoals een hoge sterkte-gewichtsverhouding, uitstekende thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid, waardoor ze geschikte materialen zijn voor 3D-printtoepassingen in de auto-industrie, ruimtevaart, consumptiegoederen en andere industrieën.
Selective laser melting (SLM) en direct metal laser sintering (DMLS) zijn de primaire 3D-printprocessen die worden gebruikt voor poeders van aluminiumlegeringen. De poederdeeltjes worden laag voor laag samengesmolten met behulp van een krachtige laser om complexe en aanpasbare onderdeelgeometrieën te construeren.
Types van 3D printen van aluminiumlegeringen
| Legering | Samenstelling | Afdrukproces | Eigenschappen | Toepassingen |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | Aluminium (Al) + Silicium (Si) (10%) + Magnesium (Mg) | Laserpoederbedfusie (LPBF) | - Goede balans tussen sterkte, vervormbaarheid en taaiheid - Uitstekend lasbaar - Verouderingshard voor hogere sterkte | - Ruimtevaartonderdelen (lichtgewicht structuren) - Auto-onderdelen (beugels, motoronderdelen) - Elektronische verpakkingen |
| AlSi7Mg (F357) | Aluminium (Al) + Silicium (Si) (7%) + Magnesium (Mg) | LPBF | - Vergelijkbare eigenschappen als AlSi10Mg, maar iets minder sterk - Gemakkelijker te bedrukken door lager smeltpunt | - Toepassingen voor algemene doeleinden die een goede sterkte-gewichtsverhouding vereisen - Onderdelen voor vloeistofverwerking - Beugels en behuizingen |
| Al2139 | Aluminium (Al) + Koper (Cu) (4%) + Magnesium (Mg) | LPBF | - Hoge sterkte en weerstand tegen vermoeiing - Goede verwerkbaarheid | - Onderdelen voor de ruimtevaart die een hoge sterkte vereisen - Auto-onderdelen (ophangingscomponenten) |
| 6061 | Aluminium (Al) + Magnesium (Mg) (0,9%) + Silicium (Si) (0,6%) + Koper (Cu) (0,3%) | LPBF (beperkt), Binder Jetting (BJ) | - Uitstekende corrosiebestendigheid - Goed bewerkbaar en lasbaar - Matige sterkte | - Prototypes en functionele onderdelen die goede allround eigenschappen vereisen - Architecturale onderdelen - Koellichamen |
| 7075 | Aluminium (Al) + Zink (Zn) (5.6%) + Magnesium (Mg) (2.5%) + Koper (Cu) (1.6%) | LPBF (beperkt), elektronenstraalsmelten (EBM) | - Zeer hoge sterkte/gewicht verhouding - Uitstekende slijtvastheid - Niet lasbaar | - Lucht- en ruimtevaartonderdelen met hoge sterkte en laag gewicht - Sportartikelen (fietsframes, honkbalknuppels) |
| Schalmalloy | Aluminium (Al) + Scandium (Sc) (4%) + Magnesium (Mg) (6%) | LPBF | - Uitzonderlijke verhouding sterkte/gewicht, meer dan 7075 - Uitstekende weerstand tegen corrosie - Hoge scheurvastheid | - Krachtige onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart - Defensietoepassingen die een lichtgewicht bepantsering vereisen |
Samenstelling van 3D printen van aluminiumlegeringen
| Legering | Primaire legeringselementen | Extra elementen | Eigenschappen | Toepassingen |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | Silicium (10%) | Magnesium (0,3-0,5%) | * Uitstekende gietbaarheid (aangepast aan giettoepassingen) * Goede lasbaarheid * Hoge sterkte en taaiheid * Goede corrosiebestendigheid | * Algemene toepassingen * Auto onderdelen * Luchtvaart onderdelen (niet-kritisch) * Beugels en behuizingen * |
| AlSi7Mg (F357) | Silicium (7%) | Magnesium (0,3-0,5%) | * Vergelijkbare eigenschappen als AlSi10Mg, maar iets lagere sterkte * Uitstekende gietbaarheid * Goede lasbaarheid * Goede corrosiebestendigheid | * Gelijkaardige toepassingen als AlSi10Mg, vaak gebruikt wanneer een lager gewicht gewenst is * Motoronderdelen * Onderdelen voor vloeistofverwerking |
| AlSi12 | Silicium (12%) | * Hoge sterkte en slijtvastheid * Goede gietbaarheid * Matige lasbaarheid * Lagere corrosieweerstand in vergelijking met AlSi10Mg en F357 | * slijtplaten * tandwielen * zandgiettoepassingen (vaak gebruikt als uitgangspunt voor 3D-geprinte onderdelen vanwege de bekendheid met het materiaal) | |
| Schalmalloy | Scandium (4,0-4,4%) | Magnesium (0,3-0,5%) | * Uitzonderlijke sterkte-gewicht verhouding * Uitstekende corrosiebestendigheid * Goede lasbaarheid * Warmtebehandeling nodig voor optimale eigenschappen | * Lucht- en ruimtevaartonderdelen (hoge prestaties) * Auto-onderdelen (gewichtskritiek) * Defensietoepassingen |
| EOS Aluminium Al2139 AM | Niet openbaar gemaakt (waarschijnlijk aluminium-magnesium-silicium) | * Speciaal ontwikkeld voor additieve productie * Goede sterkte bij hoge temperaturen (tot 200°C) * Betere verwerkbaarheid vergeleken met standaard gietlegeringen * Warmtebehandeling nodig voor optimale eigenschappen | * Ruimtevaartonderdelen die prestaties bij hoge temperaturen vereisen * Automobielonderdelen * Warmtewisselaaronderdelen |
Kenmerken van 3D bedrukbaar aluminium
| Attribuut | Details |
|---|---|
| Oppervlakteafwerking | Poederhechting kan halfruw, getrapt oppervlakteprofiel achterlaten |
| Nauwkeurigheid | Over het algemeen is een hoge maatnauwkeurigheid tot ±0,1% mogelijk |
| Anisotropie | Richting zwakkere mechanische eigenschappen waargenomen |
| Porositeit | <1% porositeit bereikt onder geoptimaliseerde SLM parameters |
| Flexibiliteit legering | Veel 2xxx, 5xxx, 6xxx en 7xxx rangen afdrukbaar |
Toepassingen van 3D printen van aluminiumlegeringen
| Industrie | typische applicaties |
|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Vliegtuigbuizen, warmtewisselaars, structurele beugels |
| Automobiel | Aangepaste beugels, steunen, koellichamen, gereedschap |
| Architectuur | Lichtgewicht panelen, decoratieve rasters, kleine sculpturen |
| Medisch | Firmware zoals chirurgische instrumenten, implantaten |
| Elektronica | Warmteafvoerapparaten zoals koellichamen |
| Verdediging | Onderdelen in lage volumes met kortere doorlooptijden |
Specificaties aluminiumpoeder voor additieve productie
| Parameter | Type/bereik |
|---|---|
| Materialen | AlSi10Mg, AlSi7Mg0,6, AlSi12, AlSi9Cu3 |
| Deeltjesgrootte | 25 tot 65 micron |
| Deeltjesvorm | Meestal bolvormig, sommige satellieten toegestaan |
| Schijnbare dichtheid | Ongeveer 2,67 g/cc |
| Stroomsnelheid | <30 s/50 g volgens ASTM B964 |
| Resterende zuurstof | <0,4% voor hoge treksterkte |
Toonaangevende leveranciers van 3D printen van aluminiumlegeringen
| Leverancier | Specialiteit | Belangrijkste producten | Toepassingen | Aanvullende diensten |
|---|---|---|---|---|
| Elementum 3D | Innovatieve poeders | Poeders van gasgeatomiseerde aluminiumlegeringen, inclusief traditionele en dispersieversterkte varianten | Ruimtevaart, automobielindustrie, defensie | Materiaalontwikkeling, applicatietechniek, printparameteroptimalisatie |
| APWorks | Hoogwaardige legeringen | Schaalbare aluminium silicium magnesium (AlSiMg) legering voor lasersmelten (LBM) | Auto-onderdelen, robotica, industriële machines | DFAM-advies (Design for Additive Manufacturing), diensten voor post-processing |
| SLM-oplossingen | Gevestigde fabrikant | Aluminiumlegeringen geoptimaliseerd voor selectief lasersmelten (SLM), waaronder AlSi10Mg en Scalmalloy | Medische implantaten, ruimtevaartonderdelen, warmtewisselaars | Machineverkoop en -ondersteuning, parameterontwikkeling voor specifieke legeringen |
| EOS GmbH | Compatibiliteit met meerdere processen | Aluminiumlegeringen compatibel met zowel Laser Beam Melting (LBM) als Electron Beam Melting (EBM) technologieën | Ruimtevaartonderdelen, consumentenelektronica, medische apparatuur | Advies over machineselectie en procesoptimalisatie, trainingsprogramma's |
| Hogenäs | Metaal Poeder Expertise | Gasgeatomiseerde aluminiumpoeders met strakke controle over grootte en morfologie | Warmtewisselaars, auto-onderdelen, elektronicabehuizingen | Poederkarakterisering en -testen, samenwerking bij de ontwikkeling van nieuwe legeringen |
| Koninklijke legering | Diverse legeringportfolio | Breed assortiment aluminiumlegeringspoeders, inclusief scandium- en lithiumtoevoegingen voor betere prestaties | Ruimtevaartonderdelen, defensietoepassingen, hoogwaardige koellichamen | Begeleiding bij materiaalselectie, printbaarheidstesten, poederontwikkeling op maat |
| Norsk Hydro | Duurzame productie | Poeders van aluminiumlegeringen geproduceerd met een focus op minimale impact op het milieu | Auto-onderdelen, architecturale componenten, consumentenelektronica | Gegevens voor levenscyclusanalyse (LCA) voor materialen, ondersteuning voor duurzame productiepraktijken |
| ExEen | Binder Jetting-technologie | Aluminiumlegeringen speciaal geformuleerd voor binder jetting additive manufacturing (BJAM) | Autoprototypes, zandgietmallen, industrieel gereedschap | DFAM-diensten (Design for Additive Manufacturing), expertise in nabewerking voor BJAM-onderdelen |
| DMG Mori Seiki | Geïntegreerde oplossingen | Poeders van aluminiumlegeringen naast compatibele metalen 3D-printers | Gereedschappen en matrijzen, medische implantaten, onderdelen voor de ruimtevaart | Machineverkoop en -service, training in workflows voor additieve metaalproductie |
| Timmerman Additieve Productie | Speciale legeringen | Aluminiumlegeringen met hoge sterkte-gewichtsverhoudingen en verbeterde corrosiebestendigheid | Maritieme onderdelen, olie- en gasapparatuur, chemische verwerkingstoepassingen | Ondersteuning bij materiaalselectie, applicatie-engineering, hulp bij prototyping |
Voor- en nadelen van 3D-geprint aluminium
| Functie | Pluspunten | Nadelen |
|---|---|---|
| Ontwerpvrijheid |
Ongeëvenaarde complexiteit: Maakt ingewikkelde rasterstructuren, interne kanalen en lichtgewicht eigenschappen mogelijk die met traditionele methoden onmogelijk zijn. Stelt ontwerpers in staat om grenzen te verleggen en onderdelen met hoge prestaties te maken. Snel prototypen: Maakt snelle iteratie en testen van ontwerpen mogelijk, waardoor de ontwikkelingstijd en -kosten afnemen. |
Ondersteunende structuren: Complexe geometrieën vereisen vaak ingewikkelde ondersteuningsstructuren, waardoor de nabewerking langer duurt en er mogelijk ongewenste oppervlaktestructuren ontstaan. |
| Materiaaleigenschappen |
Uitstekende verhouding sterkte/gewicht: Aluminium biedt een goede balans tussen gewicht en sterkte, waardoor het ideaal is voor toepassingen zoals lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie, waar gewichtsvermindering cruciaal is. Corrosieweerstand: Veel aluminiumlegeringen hebben een uitstekende weerstand tegen corrosie, wat vooral waardevol is voor onderdelen die worden blootgesteld aan ruwe omgevingen. |
Anisotropie: De gelaagde aard van 3D printen kan leiden tot anisotrope eigenschappen, wat betekent dat de sterkte van het materiaal kan variëren afhankelijk van de printrichting. Dit kan aanpassingen in het ontwerp vereisen voor bepaalde toepassingen. Poreusheid: Afhankelijk van het printproces kunnen er kleine holtes of poriën aanwezig zijn in het materiaal, wat de mechanische eigenschappen kan beïnvloeden. Nabewerkingstechnieken zoals heet isostatisch persen (HIP) kunnen dit verminderen. |
| Productie |
Verkorte doorlooptijd: 3D-printen maakt productie op aanvraag mogelijk, waardoor complexe tooling niet meer nodig is en de doorlooptijd voor prototypes of onderdelen in kleine aantallen minimaal is. Minimale materiaalverspilling: De additieve aard van 3D printen vermindert materiaalverspilling aanzienlijk in vergelijking met traditionele subtractieve productiemethoden. |
Hoge kosten: De technologie en apparatuur voor het 3D-printen van aluminium zijn nog steeds relatief duur, waardoor het minder rendabel is voor massaproductie in vergelijking met traditionele methoden. Bouwtijd: Complexe metalen onderdelen printen kan tijdrovend zijn, wat de algehele productiesnelheid beïnvloedt. |
| Nabewerking |
Afwerking oppervlak: Hoewel sommige 3D printtechnologieën een goede oppervlakteafwerking bieden, is ruwheid een veelvoorkomend probleem. Nabewerkingstechnieken zoals machinaal bewerken, polijsten of zandstralen kunnen nodig zijn voor bepaalde toepassingen. Hittebehandeling: Voor specifieke aluminiumlegeringen kan een warmtebehandeling na het printen nodig zijn om optimale mechanische eigenschappen te verkrijgen. |
Extra kosten en tijd: Nabewerking draagt bij aan de totale productietijd en -kosten van het onderdeel. |
| Toepassingen |
Lucht- en ruimtevaart: De mogelijkheid om lichtgewicht onderdelen met hoge sterkte en complexe geometrieën te maken, maakt 3D-geprint aluminium ideaal voor ruimtevaarttoepassingen zoals warmtewisselaars, beugels en structurele onderdelen. Automobiel: Gewichtsreductie is een belangrijk aandachtspunt in de auto-industrie. 3D-geprinte aluminium onderdelen kunnen worden gebruikt voor onderdelen zoals wielen, motoronderdelen en lichtgewicht chassisstructuren. Medisch: Biocompatibele aluminiumlegeringen kunnen worden gebruikt om aangepaste protheses en implantaten te maken. |
Beperkte toepassingen voor onderdelen onder hoge druk: Vanwege mogelijke anisotropie en porositeit is 3D-geprint aluminium mogelijk niet geschikt voor alle toepassingen met hoge druk. Zorgvuldig ontwerp en materiaalkeuze zijn cruciaal. |
FAQ
V: Welke aluminiumlegering is het meest geschikt voor additieve productie?
A: AlSi10Mg is de meest gebruikte aluminiumlegering en biedt een goede combinatie van vloeibaarheid, sterkte, hardheid en corrosiebestendigheid in combinatie met compatibiliteit met verschillende printers.
V: Heeft de bouwrichting invloed op de eigenschappen van 3D-geprinte aluminium onderdelen?
A: Ja, verticaal gebouwde onderdelen kunnen 20-30% lagere trek- en vloeisterkten hebben dan horizontaal gebouwde onderdelen vanwege de laag-voor-laag constructie. De mechanische prestaties variëren ook afhankelijk van de belasting parallel of loodrecht op de lagen.
V: Welke warmtebehandelingen kunnen de eigenschappen van aluminium verbeteren?
A: Een T6 warmtebehandeling (oplosbaar maken en dan kunstmatig verouderen) van sommige additief geproduceerde legeringen zoals AlSi10Mg kan de treksterkte, hardheid en vervormbaarheid aanzienlijk verhogen ten opzichte van de onbewerkte toestand.
V: Hoe wordt de oppervlakteafwerking verbeterd voor onderdelen van additief aluminium?
A: Verschillende nabewerkingsprocedures zoals zandstralen, parelstralen, laserpolijsten, CNC-bewerken, slijpen of linoleumafwerking kunnen helpen bij het gladmaken van de getrapte contouren die meestal worden waargenomen op aluminium oppervlakken uit poedergebaseerd printen.
V: Heeft hergebruik van aluminiumpoeder invloed op de eigenschappen van 3D-geprinte onderdelen?
A: Het recyclen van aluminium poeder tot 10-20 keer heeft doorgaans geen invloed op de mechanische prestaties. Maar na ongeveer 25 hergebruikcycli kunnen de afnemende stroombaarheid van het poeder, de lagere dichtheid en de hogere zuurstof/nitrideverontreinigingen de kwaliteit en sterkte van het materiaal beginnen te verslechteren.
