Proszek ze stopu aluminium AlSi10Mg o wysokim stosunku wytrzymałości do masy do produkcji addytywnej

AlSi10Mg jest niemalże eutetycznym stopem aluminium, krzemu i magnezu, który jest prawdopodobnie najczęściej stosowanym i najlepiej rozpoznawalnym proszkiem aluminiowym w dziedzinie produkcji dodatków metalowych (AM),w szczególności w procesach syntezy laserowej (LPBF)Jego popularność wynika z doskonałej kombinacji dobrej drukowalności, wysokiego stosunku wytrzymałości do masy, właściwości termicznych i opłacalności.

Początkowo opracowany do tradycyjnego odlewania (gdzie jest znany jako A360), jego skład jest wyjątkowo odpowiedni dla szybkich charakterystyk utwardzania druku 3D, w wyniku czegostabilne mikrostruktury i wyższe właściwości mechaniczne w porównaniu z odlewanym odpowiednikiem.

Kompozycja jest precyzyjnie kontrolowana w celu zapewnienia optymalnej wydajności.

• Doskonała wydrukowalność:System eutectic Al-Si ma stosunkowo szeroki zakres zamrażania, co minimalizuje naprężenia pozostałe i tendencję do krakingu na gorąco (krakingu utwardzającego) podczas procesu LPBF.To czyni go jednym z najbardziej wyrozumiałych i niezawodnych stopów aluminium do drukowania.
• Dobra wytrzymałość i twardość:W stanie "w formie drukowanej" posiada przyzwoite właściwości mechaniczne, ale jego prawdziwy potencjał jest wykorzystywany w trakcie obróbki cieplnej (zob. punkt 5).
• Wysoka przewodność cieplna:Wykazuje dobrą przewodność cieplną, co sprawia, że nadaje się do zastosowań takich jak wymienniki ciepła, płyty chłodzące i obudowy elektroniczne.
• Niska Gęstość (~ 2,67 g/cm3):Zapewnia wysoki stosunek siły do masy, co jest kluczowe dla zastosowań lotniczych, motoryzacyjnych i robotycznych, w których oszczędność masy jest najważniejsza.
• Dobra odporność na korozję:Oferuje godną szacunku odporność na korozję atmosferyczną, podobnie jak inne stopy aluminium i krzemu.

Jakość proszku jest równie ważna jak jego skład chemiczny.

• Rozkład wielkości cząstek (PSD):Zazwyczaj waha się od 15 do 63 mikronów dla standardowych systemów LPBF.
• Morfologia:Cząstki muszą być kuliste, aby zapewnić dobrą przepływalność, co jest niezbędne do stworzenia jednolitego, gęstego łóżka proszkowego warstwę po warstwie.powodujące wady.
• Przepływność:Zmierzone za pomocą przepływoomierza Hall (np. < 35 s/50 g).
• Gęstość widoczna/gęstość napięcia:Wysoka gęstość (> 50% teoretycznej) wskazuje na dobrą wydajność pakowania, co prowadzi do większej gęstości końcowej części.
• Niska wilgotność i zawartość tlenków:Proszek musi być przechowywany i obsługiwany w suchej, kontrolowanej atmosferze (często w środowisku argonowym), aby zapobiec utlenianiu i wychwytowi wodoru, co może powodować porowatość drukowanych części.

Szybkie szybkości chłodzenia (~10^5 - 10^6 K/s) w LPBF tworzą bardzo cienką, nierównoważną mikrostrukturę.Składa się z nadnasyconego macierz aluminium (α-Al) z niezwykle cienką siecią komórkową/dendrytową z krzemuTa precyzyjna struktura przyczynia się do dobrej wytrzymałości "jak wydrukowane".

Obróbka cieplna jest stosowana w celu dostosowania właściwości mechanicznych do konkretnych zastosowań.

• Odwracanie od stresu (T1):Wykorzystanie podgrzewacza o niskiej temperaturze (~ 300 °C przez 2 godziny) w celu zmniejszenia wewnętrznych naprężeń pozostałych z procesu budowy bez znaczącej zmiany mikrostruktury.
• Bezpośrednie starzenie się (T5):Część jest sztucznie starzana (np. w temperaturze 160-180°C przez 4-12 godzin) bezpośrednio po druku.zwiększenie wytrzymałości i twardości przy jednoczesnym zminimalizowaniu zniekształceń.
• Obsługa cieplna roztworem i starzenie (T6):Jest to najczęściej stosowane zabieg dla uzyskania maksymalnej wytrzymałości.Proces ten twardnieje sieć krzemową (lekko zmniejsza elastyczność), ale maksymalizuje twardnienie opadowe, dając najwyższą wytrzymałość na rozciąganie i twardość.

AlSi10Mg jest wszechstronny i stosowany w wielu gałęziach przemysłu:

• W przemyśle lotniczym:Części uchwytów, części satelitarnych, ramki dronów i nie-strukturowe elementy kabiny.
• Wyroby motoryzacyjne:Lekkie uchwyty, komponenty silnika (np. zbiorniki wchłanialne), wymienniki ciepła i niestandardowe wyposażenie hydrauliczne.
• W przemyśle:Robotowe urządzenia końcowe, zestawy, urządzenia i lekkie elementy automatyki.
• Zarządzanie cieplne:Odbiorniki ciepła, płyty chłodzące dla urządzeń elektronicznych oraz kanały chłodzące dla form (chłodzenie zgodne z normą).
• Prototypowanie:Funkcjonalne prototypy wymagające właściwości podobnych do metalu do testowania.

• Doskonała drukowalność i wysoki wskaźnik sukcesu.
• Dobra wytrzymałość specyficzna (względność siły do masy).
• Przychylne właściwości termiczne.
• Powszechnie dostępne i dobrze udokumentowane.
• Wydajność kosztowa w porównaniu z innymi stopami AM o wysokiej wydajności (np. Scalmalloy®).

• Umiarkowana elastyczność:Szczególnie w stanie T6 wydłużenie przy zerwaniu jest niższe niż w przypadku niektórych stopów aluminium.
• Nie stosowane w zastosowaniach o wysokiej temperaturze:Właściwości mechaniczne znacząco się pogarszają powyżej ~ 200 °C z powodu grubości osadów wzmacniających.
• Właściwości anozotropiczne:Właściwości mechaniczne mogą być nieznacznie różne w kierunku pionowym (budowy) w porównaniu z kierunkiem poziomym ze względu na warstwę po warstwie charakteru AM.