關(guān)于3D打印鎳合金相關(guān)

魔猴君  知識(shí)堂   4小時(shí)前

鎳基合金因其出色的耐熱性、耐機(jī)械應(yīng)力性和耐腐蝕性而在3D打印中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些特性使它們特別適合制造航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療或能源等要求嚴(yán)格的領(lǐng)域的技術(shù)零件。它們與增材制造的兼容性允許生產(chǎn)用于在極端環(huán)境下運(yùn)行的復(fù)雜組件。本指南概述了它們的特性、它們對(duì)3D打印的優(yōu)勢(shì)、主要應(yīng)用以及該領(lǐng)域的主要參與者。

材料特性

工業(yè)中使用的鎳合金來(lái)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(guò)采礦過(guò)程提取后，礦石經(jīng)過(guò)提煉可生產(chǎn)出純鎳，然后用于制造具有特定性能的合金。

該行業(yè)的一些主要合金以獲得專(zhuān)利的公司命名。最常見(jiàn)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(qū)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(xué)環(huán)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(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)爐的首選材料。

HAYNES?：該系列鎳基高溫合金由Haynes International公司開(kāi)發(fā)，該公司以其適用于極端環(huán)境的高性能材料而聞名。最常見(jiàn)的合金包括230、282和214級(jí)，以其耐熱性和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(lái)源：ExOne）

鎳合金3D打印

為了用于3D打印，鎳必須首先轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的金屬粉末。這種轉(zhuǎn)變主要基于霧化技術(shù)，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(huì)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的分類(lèi)和包裝。這些復(fù)雜的工藝使得生產(chǎn)出符合尖端工業(yè)領(lǐng)域嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)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(shù)。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(duì)光束功率（激光或電子）、掃描速度甚至層厚度等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格優(yōu)化，以確保所獲得零件的機(jī)械性能和質(zhì)量。對(duì)于粘合劑噴射工藝，粘合劑的選擇對(duì)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(jié)過(guò)程中的收縮和變形。

優(yōu)點(diǎn)和局限性

鎳合金在增材制造中的應(yīng)用具有許多優(yōu)勢(shì)。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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)自由，可以生產(chǎn)復(fù)雜且優(yōu)化的幾何形狀，而這通常是使用傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)能力促進(jìn)了更輕、性能更高的零部件的創(chuàng)造，這在航空和汽車(chē)等領(lǐng)域具有決定性的優(yōu)勢(shì)。

然而，這些材料并非沒(méi)有限制。鎳合金粉末的高成本是其應(yīng)用的一大障礙，大大增加了生產(chǎn)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(huì)延長(zhǎng)制造時(shí)間。最后，處理細(xì)金屬粉末會(huì)引發(fā)安全和健康問(wèn)題，需要采用嚴(yán)格的規(guī)程并使用合適的防護(hù)設(shè)備。

圖片來(lái)源：EOS（左）/Materialise（右）

主要應(yīng)用

3D打印中使用的鎳合金因其特性而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在航空航天工業(yè)中，它們用于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械應(yīng)力。在汽車(chē)工業(yè)中，這些合金因其耐熱和耐腐蝕性能而用于生產(chǎn)渦輪增壓器和排氣系統(tǒng)等高性能部件。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yī)療設(shè)備的首選材料。最后，在石油和天然氣工業(yè)中，它們用于制造鉆井和加工設(shè)備的部件，旨在承受高腐蝕性環(huán)境和高溫。因此，許多行業(yè)已經(jīng)受益于鎳合金在3D打印中的優(yōu)勢(shì)。

編譯整理：3dnatives