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激发3D打印活力,汽车用低合金钢“浮出水面”

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激发3D打印活力,汽车用低合金钢“浮出水面”

作者:
发布时间:
2019/08/31
【摘要】:
当今增材制造(AM)行业最大的瓶颈之一–尤其是金属增材制造(AM)–是用于3D打印的材料十分有限。在通过更传统的制造工艺加工零件时则有大量的金属合金可供选择,却难以找到符合工业制造特定要求的可3D打印金属粉末。  根据3D科学谷的市场观察,GKN推出的低合金钢扩大了激光粉末床熔化金属3D打印工艺(LPBF)和粘结剂喷射金属3D打印工艺(BinderJetting)的材料范围。  GKN低合金钢粉末
  当今增材制造(AM)行业最大的瓶颈之一 – 尤其是金属增材制造(AM)–是用于3D打印的材料十分有限。在通过更传统的制造工艺加工零件时则有大量的金属合金可供选择,却难以找到符合工业制造特定要求的可3D打印金属粉末。
  根据3D科学谷的市场观察,GKN推出的低合金钢扩大了激光粉末床熔化金属3D打印工艺(LPBF)和粘结剂喷射金属3D打印工艺(Binder Jetting)的材料范围。
 
 
GKN低合金钢粉末材料.来源:GKN
  激活3D打印汽车应用前景
  目前,GKN增材制造材料业务提供了许多用于增材制造的先进金属粉末,包括其ANCORTI ™ 钛合金系列和ANCORAM ™ 特种钢系列,以及镍基合金,铝合金和铜合金。
  在其钢粉业务中,GKN增材制造材料业务开创了用于增材制造的新型低合金钢粉,可实现现有工业材料的机械性能,包括铸造、锻造和MIM钢等工艺所加工的材料性能。这些突破性的低合金钢粉为汽车行业等行业引入增材制造工艺创造了新机遇,其中可扩展性和成本是关键驱动因素。
  汽车用低合金钢
  GKN增材制造材料业务部门与汽车行业的合作伙伴合作,开发出根据化学成分定制的用于增材制造工艺的低合金钢粉末,这些材料满足行业要求,并满足金属粉末工业联合会(MPIF)和ASTM国际组织制定的标准。
  GKN增材制造材料的ANCORAM™4605是一种含有镍,钼和锰的气体或水雾化低合金钢粉,已经上市销售,被认为是制造特殊厚截面零件的理想选择。而所有低合金钢的粒度均适用于LPBF和粘合剂喷射工艺。
  GKN还成功开发出20MnCr5,这是另一种低合金钢粉末材料,适用于汽车原型制造应用,提供汽车零件所需要的机械性能。根据3D科学谷的市场观察,保时捷工程公司在确定这种材料的应用可行性后,开发了一种新的电动动力系统(延伸阅读:快速走向新途径,GKN和保时捷通过金属3D打印开发电子驱动动力总成)。20MnCr5钢粉具有高强度、高延展性、高疲劳强度,通过表面硬化具有优异的耐磨性。
  20MnCr5材料对于汽车行业来说打开了增材制造的新空间,汽车行业将首先通过这种低合金钢材料进行原型制造,然后确认是否可扩展到大规模生产应用。通过3D打印制造的零件允许工程师在几周内(如果不是几天)完成设计验证,并进入到下一轮的设计迭代周期中。
 
 
GKN 20MnCr5钢粉。来源:GKN
  这种特殊的20MnCr5低合金钢粉末不仅针对汽车应用进行了优化:它还特别适用于LPBF的粒度和成分。通过气体雾化产生的粉末具有优异的流动性和可印刷性,从而实现了成本有效的LPBF工艺。
  除了20MnCr5粉末外,GKN增材制造材料还开发了一系列用于增材制造的低合金钢粉末,这些粉末在淬透性,热处理和机械性能方面各不相同。每种粉末的区别在于不同的金属组成,其中包含不同水平的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)和铬(Cr)。
 
 
GKN开发的3D打印用低合金钢粉。来源:GKN
  通过改变每种合金的化学成分,GKN增材制造材料正在创造用于增材制造的新型金属粉末,以满足工业合作伙伴的各种机械性能要求。材料可通过气雾化或水雾化获得,粒度可根据增材制造工艺进行调整。由于雾化技术的可扩展性,利用水雾化创造了实现更高产量而不牺牲性能的机会。
 
 
水雾化与气雾化的比较。来源:GKN
  当然开发这些材料并不是一帆风顺的,GKN在开发更多低合金钢粉时必须克服很多挑战。其中一个主要困难是低合金钢中的高碳含量,这在传统制造中具有关键的高强度特性。然而,对于增材制造过程,高碳含量经常导致3D打印过程中的破裂并最终导致缺陷部件。因此,GKN正在寻找可替代的化学成分,以确保强度和可3D打印的特性,而不会增加碳含量。
  GKN增材制造材料的主要优点是能够匹配工业制造商习惯使用的铸造,锻造或MIM工艺用金属材料所实现的机械性能。GKN增材制造材料的低合金钢材料在弥合当前3D打印用材料方面的差距方向上前进了一大步,为汽车和其他领域的金属3D打印开辟了新的应用空间。
  名词解释:
  低合金钢:指合金元素总量小于5%的合金钢。低合金钢是相对于碳钢而言的,是在碳钢的基础上,为了改善钢的性能,而有意向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时,称这种钢为合金钢。当合金总量低于5%时称为低合金钢,普通合金钢一般在3.5%以下,合金含量在5-10%之间称为中合金钢,大于10%的称为高合金钢
  淬透性:指在规定条件下用试样淬透层深度和硬度分布来表征的材料特征,它主要取决于材料的临界淬火冷速的大小。在规定条件下,决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力,它表示钢接受淬火的能力。(来源:3D科学谷)