在材料選擇的過程中,雖然鈦合金因其出色的強度-重量比、銅合金因其優異的熱傳導性能以及鎂合金因其輕質和高電化學勢而各自在某些應用中具有顯著優勢,但,鋁合金在增材制造領域成為了一個高效且經濟的選擇,能夠同時滿足這三方面的要求。
通過多年來對傳統鑄造鋁合金成分的微調,鋁硅鎂合金已成功適應增材制造工藝的需求,這些材料在過去已被廣泛用于傳統鑄造技術?,F在,我們已經看到使用這些合金成功3D打印出的零件在眾多行業中表現出色,證明了鋁硅鎂合金在增材制造領域的廣泛適用性和優異性能。但市場迫切需要能滿足不同性能需求的新型高性能鋁合金3D打印材料:
有鑒于此,必須開發高性能鋁合金3D打印材料以滿足不同行業和應用場景對增材制造產品所需材料的要求。本文內容,旨在梳理近年來主要的市場參與者在高性能鋁合金方面的最新開發進展(或有未被收錄品牌,敬請聯系)。
中航邁特自主開發的MT-AlMgErZr,是一種增材制造專用高強鋁合金粉末,是新一代大飛機理想的輕質高強結構材料;該粉末產品的SLM成形件經熱處理后,抗拉強度最高可達540MPa,屈服強度超過520MPa,延伸率12%,橫縱向各向異性小,擁有完全自主知識產權。該產品創新成分設計,采用稀土Er作為主要強化元素,基于Al-Mg系鋁合金體系,系統調控Zr、Fe、Si等微合金元素,成本較Scalmalloy大幅降低,滿足國產化替代需求。
在高性能鋁合金材料創新方面,中航邁特還開發有MT-AlSi10Mg/AISi7Mg/2219/耐熱鋁合金等鋁合金粉末10余種,系列粉末比強度高、耐蝕性好、耐熱性高,綜合性能優異;目前,公司在研的多款高性能鋁合金粉末進入測試階段,多項關鍵技術取得了突破性進展,打印綜合性能良好,如3D打印用可陽極氧化6061鋁合金粉末,突破性解決了改材料在行業應用中出現的打印開裂等問題,室溫強度可達到200MPa以上,投產后將廣泛應用于電子、醫療、建筑裝飾等領域。
蘇州倍豐吳鑫華院士團隊開發的GA570的高溫高強3D打印專用鋁合金材料,抗拉強度穩定達到570MPa以上,延伸率穩定達到12%以上,制備的航空零部件通過了250℃高溫下持續5000小時的穩定試驗,相當于發動機常規服役25年的要求。GA570 的典型應用案例為高效熱交換器,一方面在相同的耐壓條件下,可實現與常規AlSi10Mg合金相比更薄的壁厚,更輕的重量,并實現更好的換熱效果。
寶航新材料長期專注于鋁合金3D打印新材料研發開拓,致力于打造國內鋁合金3D打印材料研制領先品牌。寶航研發團隊從客戶迫切需求出發,結合鋁合金3D打印工藝優勢,面向各類應用場合開發了系列鋁合金3D打印新材料:中強鋁、高強鋁、超高強鋁、耐溫鋁、高導熱鋁、陽極化鋁合金等。
特別是,HS5601超高強鋁合金抗拉強度達到620-650MPa,為目前最高強度商用3D打印鋁合金之一;HC200高導熱鋁合金實現抗拉強度、熱導率雙200,結合3D打印高自由度結構設計,可以提供更優異的散熱部件增材制造解決方案;PT6301可陽極化合金,突破性的解決了增材制造鋁合金本色陽極化問題,為鋁合金3D打印技術進入3C市場創造了有利條件。
面向未來,寶航正在開發800MPa超高強、高彈性模量、耐超低溫以及高燃燒值等3D打印專用鋁合金材料,更進一步拓寬鋁合金3D打印技術的應用范圍。
有研增材通過優勢制備方法制備出具有高流動性、高松裝/振實密度、極低空心粉、低氧含量的Al-Si系列合金粉末產品。此外,在增材制造用其它鋁合金粉末產品方面,研發了Al-Sc系列高強鋁合金粉末產品,其中YYAM-Al520力學性能Rm、Rp0.2和延伸率分別達到529MPa、504MPa和14%,YYAM-Al550力學性能Rm、Rp0.2和延伸率分別達到560MPa、535MPa和12%,YYAM-Al600力學性能Rm、Rp0.2和延伸率分別達605MPa、585MPa和11%。
目前有研增材的各類鋁合金粉末產品已經在航空工業、航天科技、航天科工、民用手板等領域獲得批量生產應用。
Al5X1是EOS用于工業3D打印的高強度陽極氧化鋁合金,該材料兼具高強度和延伸率,只需一步熱處理,無需 HIP(熱等靜壓),企業能以更低的總成本更快地制造出零件。使用Al5X1 3D打印的應用還可以進行電拋光和陽極氧化(II 型和 III 型),以獲得外觀(彩色)和耐腐蝕保護特性。潛在的顏色選擇沒有限制,這對面向消費者的產品非常重要。
EOS Al2139 AM可在將近200oC 的高溫下展現出色的性能,是EOS強度最高的AM鋁合金材料。在熱處理狀態下,Al2139 AM 的抗拉強度約為500MPa(兆帕),在高達200 °C 的高溫下也具有高強度和良好的耐腐蝕性。由于其快速簡單的單步熱處理程序,用戶可以節省高達 88% 的主動熱處理時間。使用該材料生產的部件也可進行電解拋光和陽極氧化。
CP1是Constellium公司專為增材制造工藝的嚴格要求而從頭開始創建、定制和設計的,它避免了制造商在使用其他鋁合金時所面臨的一些挑戰。其特殊的成分包括鋯和鐵,而不同于常見的硅和鎂。僅需進行一次四小時的低溫處理過程,這大大節省了時間和成本,并避免了在高溫處理時可能出現的熱變形,而且它更容易與傳統材料進行焊接,更容易根據需要進行陽極氧化和蝕刻。據3D打印技術參考了解,該產品已在許多增材用戶中的采用率超過了鋁硅鎂合金。
鋁合金材料的種類正以前所未有的速度豐富起來,每一種新材料都以其獨特的性能優勢,不斷拓展著增材制造的應用邊界。從輕質高強到高耐疲勞,從高導熱到耐腐蝕,3D打印鋁合金的多樣化特性正逐步解鎖著無限的應用潛力。
這些新型鋁合金材料不僅滿足了航空航天、汽車制造等高端領域對材料性能的嚴苛要求,還在散熱系統、消費電子等更廣泛的領域內展現出巨大的應用前景。它們不僅提升了產品的性能與質量,還推動了設計創新與制造效率的飛躍。
展望未來,隨著材料科學的不斷突破和3D打印技術的持續進步,我們有理由相信,3D打印鋁合金的種類將會更加繁多,性能將更加卓越,應用領域也將更加廣泛。它們將成為推動產業升級、實現智能制造的重要力量。九游體育
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