为增材制造创造的4种定制材料

为增材制造创造的4种定制材料

随着增材制造的持续增长,公司和研究人员提出了各种子技术、附加组件和优化打印的方法。然而,另一种实现优化目标的方法是优化所使用的材料。这就产生了各种用于3D打印的材料,所有这些材料都通过精确控制实现了理想的性能。

其中一些材料是专门为3D打印或3D打印技术而设计的,因此,3D打印技术具有新的、新颖的特点和特点。以下是一些最有前途的材料:

Scalmalloy

Scalmalloy

图片来源:Beamler

作为专门为3D印刷开发的第一个原始材料,这种钪(SC),铝(Al)和镁(M)的混合物均在合并中成单个合金。该材料最初是开发和专利的APWorks是空中客车组的子公司。作为金属印刷材料,它呈现出一些独特的特征,如提高强度(主要是由于钪的存在)。

在力量方面,它可以出于传统的铝和许多衍生合金。它甚至比钛的更强大,配合轻质和耐腐蚀性。当然,该材料的产生昂贵,因为它含有钪,这是一种稀有金属,即从其矿石中提取昂贵。价格或钪可以在4000美元和每公斤20,000美元之间波动,主要采矿地点在中国和俄罗斯。

Scalmalloy最适用于高耐久性、持久耐用的零件。这就是为什么它在汽车工业和机器人领域越来越受欢迎,通常是热交换器的一部分。正如人们可能会怀疑的那样,Scalmalloy在其起源工业——航空航天——中也发挥着关键作用。

新款SLM材料

新款SLM材料

图片来源:TU Graz

这款金属由奥地利的TU提供格拉兹,施加氮化硅混合物以显影金属 - AM专用不锈钢。作为Newgen SLM材料,它们在形成过程中呈现了更多的受控反应,导致表面光洁度改善并最小化了对支撑的需求。316L不锈钢是全球多个行业用途最常见的材料之一,Newgen版本专门针对选择性激光熔化的印刷提供改进的特性。

研究人员用多个混合物测试了各种版本的改性不锈钢混合物。在测试机械性能和孔隙率的其他材料时,它们得出的结论是,通过严格控制其内部的氮化硅和硼的严格控制来降低烧结的扭曲。他们在学术文章中公布了这些调查结果“添加氮化硅提高AISI 316L + B烧结矿的尺寸稳定性和力学性能“。

随着硼化物增加烧结的密度,它们不会在铁基材料中合并。结果,不需要的层可以在颗粒周围形成。氮化硅减轻了这种因子并导致更好的表面精加工。研究人员已经改进了金属粉末,不仅仅是更好的机械和最终用途的性能,而且还有新的SLM材料需要更少的支持结构。在这样做时,改进的不锈钢可以比传统的金属印刷更轻。

目前,研究人员仍在将这种特殊材料商业化。他们也在加强这方面的研究,以测试其他可能以类似方式受益的材料。他们的工作已经收到通知,他们正在与一个附带的奖学金计划,以建立一个适当的创业。

3D打印高强度铝合金

https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

由HRL实验室发明的这种特殊的铝品种最近被铝协会商业化并注册。该添加剂制造的高强度铝,也标志着铝协会有史以来第一次注册这种合金,获得注册号码7A77.50为铝粉,编号7A77.60L为打印合金本身。

这种材料也很特别,因为它标志着2019年2月回到了协会的新添加剂合金登记系统。这是由于添加剂制造能力,各种新材料的直接结果。这是可打印的第一合金。

化学上,使用HRL的纳米颗粒官能化技术开发了合金。然而,这种特殊的材料使用基于锆的纳米颗粒,然而,这种材料生产模式的实际优点是它可以应用于各种其他金属,并且合金通常认为不可印刷。因此,HRL还研究了新材料可以进入3D印刷世界的各种其他方式。

晶体学,超材料和世界上最硬的塑料结构

晶体学,超材料和世界上最硬的塑料结构

照片信用Eth苏黎世/麻省理工学院

新材料的排列并不总是关于发现一种新材料或改变一种材料的化学成分以使其可以打印,如前面的例子所示。有时,利用现有材料的新方法可以提供一些不同寻常的东西。这就是各种材料结构的情况,这些材料的结构方式使它们产生令人兴奋的结果。

两者的联合项目麻省理工学院埃尔希希举个例子。研究人员通过在纳米尺度上重新排列塑料结构,创造了一种可能具有最高刚度与重量比的材料。这就产生了一种非常刚性的材料,同时也用相对较低的重量平衡了这种刚度。从本质上说,他们开发了最坚硬的材料,相当接近物理允许的理论极限,只要简单地调整其微观结构的排列方式。

这种刚度与重量的比例对于高强度的医用植入物、飞机和赛车至关重要。正如前面提到的,主要的想法并不在于使用的材料,而是在微尺度上的建造。通过使用桁架、束带和拱门的复杂图案,研究人员将强度和耐力最大化。

同样,谢菲尔德大学和帝国大学研究人员正在研究使用新型微观结构在印刷品中提高耐用性,希望创造新的印刷合金方式。他们在使用晶体超材料的工作采用计算机原子建模来创建这些从未在看到的结构之前创建这些。如他们所描述的那样,这些晶体结构导致没有晶界的打印,连续和不间断。这使得最终打印更好的损坏耐受性,强度和韧性。

这些材料具有周期性的节点和支柱布置,使它们轻质,同时表现出在传统固体中不发生的性质的组合。通过采用结晶材料中发现的硬化机制来开发具有稳健和耐损害的材料,它们创建了可印刷的材料,减少制造不可能管理。

类似的想法渗透到4D打印领域,在那里,微结构是如此微妙地平衡,它们将普通材料变成机器人或具有各种安排的功能性物品。3D打印通常提供了这些能力,以修补最微小的细节,直到它们服务于设计目的,并鼓励在制造和研究领域创造新的形式。