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拉伸强度超过520MPa,众远新材料推出高强度3D打印铝合金

发布时间:2020-03-23  点击量:264

  导读:2020年3月19日,南极熊获悉,众远新材料近日发布了自主研发的3D打印用超高强度铝合金粉末,命名为ZYHA-1。检测数据显示,使用这种材料3D打印的铝合金测试件室温拉伸强度稳定在520MPa以上,屈服强度稳定在480MPa以上,延伸率稳定之在8%以上。

△众远新材料发布的3D打印高强度铝合金粉末ZYHA-1

△拉伸测试数据,拉伸强度稳定在520MPa以上

 

 

全球铝合金粉末市场

  近几年,随着铝合金3D打印技术不断突破,其在航空航天、汽车等领域的应用也逐渐爆发出来。2019年SmarTech发布了一份关于铝合金3D打印机会的市场跟踪和预测报告,该报告称2018年铝合金粉末的出货量增长43%,占到3D打印金属粉末的近10%。

图源:SmarTech

 

  铝合金材料具有密度轻、弹性好、比刚度和比强度高等一系列优良特性,传统工艺生产的铝合金工件已经被广泛采用,当与3D打印技术结合之后,铝合金材料能够进一步发挥其优势。

  然而,铝合金粉末材料在生产、制备的过程中,存在着一系列的技术难题。相比钛合金、不锈钢等材料,铝合金的3D打印研究和应用在近十年来才获得较快的发展。

3D打印铝合金粉末应用现状

  传统常用的增材制造铝合金粉末材料只有AlSi10Mg、AlSi7Mg等几种材料,均是基于传统的铸造铝合金改性发展而来的打印牌号,打印件性能室温拉伸强度很难达到400MPa以上,无法满足航空、航天领域的需求。

△空客采用Scalmalloy铝合金材料 3D打印的A320飞机隔断结构(图源:网络)

 

  在国外,空客公司针对航空用铝合金零件增材制造需求,开发出一种增材制造专用高强铝合金粉末材料Scalmalloy,根据2018年的报道该材料室温拉伸强度达到500MPa以上,为国际领先水平,已经应用于A320飞机机舱结构零件的增材制造。空客公司也使用高强铝合金在量产加工A350的舱门锁定轴,在实现减重的同时也大大降低了部件加工成本,充分发挥了高强铝合金材料和工艺性能的优势。

  此外,3D打印铝合金在汽车领域的应用潜力也是非常巨大,下图为福特公司使用铝合金3D打印的网状结构歧管。不但可以保证强度,而且可以大幅减重。

△福特公司使用铝合金3D打印的网状结构歧管(图源:网络)

 

 

国内粉末厂商取得突破

  据南极熊了解,国内的3D打印金属粉末厂商,一直在铝合金材料方面进行攻关。其中宁波众远新材料是一家典型代表,他们联合国内多所研发机构,重新设计材料成分,并充分考虑材料打印过程中的应力控制,综合考虑为了批量应用的成本问题,经过了一年多的攻关成功研制出了一种高强铝合金粉末材料ZYHA-1。

△众远新材料发布的3D打印高强度铝合金粉末ZYHA-1

 

  众远新材料负责人告诉南极熊:“ZYHA-1是完全国产自主开发的3D打印用高强铝合金粉末材料,3D打印力学性能稳定、应力小、打印部件显微组织均匀,相比同类高强铝合金粉末打印后存在更少的微裂纹,抗疲劳性能优异、是一种综合性能优异的高强铝合金粉体,且使用成本低于进口同类产品。”

△众远新材料的铝合金件拉伸测试

△打印态的金相组织

△热等静压+热处理后的金相组织

 

  使用众远新材料研发的铝合金粉末,可以适配国内不同型号的3D打印机,3D打印出的拉伸试样经过第三方机构测试,测试结果显示“成型零件室温拉伸强度达到520MPa以上,屈服强度达到480MPa以上,延伸率达到8%以上。”

△ZYHA-1的粉体指标

 

  此外,众远新材料的技术团队通过不断攻关,突破了铝合金的流动性难题,ZYHA-1 打印粉体霍尔流速100s以内。这说明铝合金粉末具有很好的流动性,可以提高打印过程中铺粉的效率,并且让铺粉效果更好。

【ZYHA-1】的流动性

【D10:23μm,D50:36μm,D90:56μm】

 

  除了打印出结构简单的拉伸试样之外,众远新材料还进行了更进一步的打印测试,成功打印出参数化结构优化设计的抗蛇形减震座。

△使用众远新材料的高强铝合金3D打印的抗蛇形减震座

  南极熊相信,随着铝合金3D打印材料、成型工艺的不断进步,将会快速追赶钛合金、不锈钢、高温合金等主流3D打印材料,成为金属增材制造领域中新的增长机会,我们期待未来在航空航天、汽车等工业领域,见到越来越多我们中国生产的原材料。