Aluminiumlegierungen (oder „Aluminium“, wie meine intelligenter klingenden Kollegen sagen) sind ein bisschen wie ein Fragezeichen. Wenn Sie in einem Bereich arbeiten, der starke, leichte Teile erfordert, gibt es Metalllegierungen mit höherer spezifischer Festigkeit, dh einem besseren Verhältnis von Festigkeit zu Dichte, wie z. B. Titan. Wenn Sie nach Wärmemanagement suchen, gibt es sicherlich Legierungen mit besseren Wärmeübertragungskoeffizienten, wie z. B. Kupferlegierungen. Wenn Sie die niedrigste Dichte oder ein höheres galvanisches Potential anstreben, sind Magnesiumlegierungen eine gute Wahl. Trotz alledem sind Aluminiumlegierungen eine der am weitesten verbreiteten Legierungen, denen man im täglichen Leben begegnet, und dafür gibt es einen wirklich guten Grund: Aluminiumlegierungen sind eine der besten, wenn es um den Kompromiss zwischen Kosten, Leistung, und Herstellbarkeit.
Dieselben Kompromisse trieben einen Großteil der frühen Entwicklung von Aluminium beim 3D-Metalldruck und insbesondere beim Laser Powder Bed Fusion (LPBF) voran. Aluminiumlegierungen werden im Allgemeinen entweder als Gusslegierungen oder Knetlegierungen gruppiert, und ein Großteil des ursprünglichen Erfolgs bei bedrucktem Aluminium war mit Gusslegierungen zu verzeichnen. Knetlegierungen können für anspruchsvolle Anwendungen wünschenswert sein, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, wo Legierungen wie 2024, 6061 oder 7075 häufig verwendet werden, aber diese Legierungen mit höherer Festigkeit leiden unter einer schlechten Schweißbarkeit. Sogar 6061, das als schweißbare Legierung in Luft- und Raumfahrtqualität gilt, ist für das Laser-Pulverbettschmelzen nicht gut geeignet. Da LPBF im Grunde genommen ein Schweißprozess ist, wie kann das der Fall sein? Es zeigt sich, dass hier nicht die „Schweißbarkeit“ das primäre Kriterium ist, sondern die „autogene Schweißbarkeit“.
Autogene Schweißbarkeit ist ein Bissen, aber eigentlich nur eine Art zu sagen, dass eine Legierung ohne Zusatzmaterial schweißbar ist. Dies ist bei einer normalen Schweißanwendung kein so großes Problem, aber das Pulverbett in einem LPBF-Drucker ist ein einziges Material, was bedeutet, dass es keine gute Möglichkeit gibt, einen „Füllstoff“ in den Prozess einzubringen. Aus diesem Grund können Legierungen, die nicht autogen schweißbar sind, ein Problem darstellen, das sich in vielen dieser Fälle in einer Rissneigung während des Druckens äußert.
Gusslegierungen also! Einige der ursprünglichen Erfolge beim Drucken von Aluminium kamen mit AlSi12, einer Legierung mit 12 % Silizium. Dies ist eine ziemlich signifikante Si-Menge für eine Aluminiumlegierung, aber das Si dient dazu, die flowFähigkeit des Schmelzbades und auch die Kontraktionsmenge zu verringern, wenn das Schmelzbecken erstarrt. In diesem Sinne gilt: Je mehr Silizium, desto besser! Aber im Sinne der mechanischen Eigenschaften ist der hohe Siliziumanteil nicht gut.
Der nächste Schritt war ein natürlicher: Den Siliziumanteil in der Legierung von 12 auf 10 % reduzieren und Magnesium hinzufügen, um die Festigkeit zu erhöhen. Das Ergebnis war AlSi10Mg, von Insidern liebevoll „Alsitenmag“ genannt.
Auch mit dem zusätzlichen Magnesium jedoch AlSi10Mg war kein idealer Haltepunkt; Die damit gedruckten Teile erfüllten viele der mechanischen Anforderungen der endgültigen Anwendungen noch nicht. Diese gedruckte Legierung hat tendenziell eine geringe Dehnung, was ziemlich signifikant ist: Je höher die Dehnung, desto zäher das Material. Trotz dieses Mangels blieben viele Leute hier stehen und entschieden sich für „Alsitenmag“, obwohl es nicht das war, wonach sie wirklich suchten.
Stärker – aber auch sicherer
Ein großer Teil der Anwendungen, die gute Kandidaten für den Druck waren, waren ursprünglich Gussteile aus A356, einer der am häufigsten verwendeten Aluminiumgusslegierungen. Es ist leicht und extrem korrosionsbeständig. Um die mechanischen Eigenschaften etwas weiter zu verbessern, kann man mehr Magnesium hinzufügen, was zu A357 führt, einer stärkeren Legierung, die für bessere Eigenschaften wärmebehandelt werden kann, aber etwas schwieriger zu gießen ist. Dies könnte ein idealer Kandidat für LPBF sein, aber es gibt einen Haken: A357 enthält auch 0.04 bis 0.07 % Beryllium – und Beryllium ist eines der giftigsten Metalle, die es für Menschen gibt. Vor allem, wenn es eingeatmet wird, was bei der Pulverhandhabung und Nachbearbeitung passieren kann. Nicht ideal für AM…
Glücklicherweise kann das Beryllium aus der Legierung eliminiert werden, mit dem Ergebnis F357 (denken Sie an F für Free of Beryllium).
F357 ist leicht, bietet eine hervorragende Schweißbarkeit, kann eloxiert werden, hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ist tolerant gegenüber einem breiten Temperaturbereich. Es ist ein ausgezeichneter Kandidat für AM-Teile mit dünnwandigen, komplexen Strukturen, die Sie in einer Reihe von Luft- und Raumfahrt- und High-End-Motorsportanwendungen sehen.
Bei Velo3D haben wir die Aluminiumlegierung F357 für unsere qualifiziert Sapphire AM Systems im letzten Jahr oder so in enger Zusammenarbeit mit Partnern PWR und Duncan Machine Products. Während eine Reihe anderer Hersteller von AM-Geräten dieses Material ebenfalls untersuchen, möchte ich erklären, was wir tun, um sicherzustellen, dass Ihre Ergebnisse damit von höchstmöglicher Qualität sind.
Wie VELO3D gezähmt aluminum F357
Zum einen erzeugt die Velo3D-Technologie eine bessere Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere bei den niedrigen Winkeln, für die wir bekannt sind. Dies ist wichtig, da viele der Anwendungen, in denen F357 verwendet wird, in Umgebungen mit hoher Beanspruchung stattfinden – und unsere überlegene Oberflächenbeschaffenheit zwei entscheidende Vorteile hat: bessere Korrosionsbeständigkeit und längere Lebensdauer.
Ein weiteres Problem, bei dem unsere Technologie hilft, ist die Vermeidung von Heißrissdefekten, die bei F357 auftreten können, da sein reduzierter Siliziumgehalt beim Abkühlen zu Rissen führen kann. Unsere Parametersätze und High-Fidelity-Lasersteuerungen sind speziell auf dieses potenzielle Problem abgestimmt.
Feuchtigkeit ist ein weiteres Problem, auf das Sie wahrscheinlich stoßen werden, wenn Sie mit Aluminium drucken. Das Pulver ist oft „klebriger“ und neigt zum Verklumpen, insbesondere bei älteren „Schneepflug“-Auftragssystemen. Aluminiumpulver ist ein hervorragendes Trockenmittel, und Feuchtigkeit wird sofort auf der Oberfläche der Partikel adsorbiert. Wenn Ihre Feuchtigkeit in der Baukammer nach oben kriecht, kann Aluminiumpulver schwierig zu verteilen sein und oft zu Pulverbettdefekten führen, die die Bildung zerstören. Unser berührungsloser Nachbeschichter vermeidet solche Probleme vollständig – und natürlich halten unsere extrem engen Baukammern Sauerstoff- und Feuchtigkeitswerte weit niedriger als die meisten unserer Wettbewerber, mit aktiver Kontrolle beider zu jeder Zeit während eines Baus.
Die Kombination von F357 mit den Fähigkeiten des Velo3D-Metalladditivsystems hat erhebliche Vorteile gegenüber AlSi10Mg und Legacy Metal AM und können technische Kompromisse eliminieren, die in der Vergangenheit nicht vermieden werden konnten. Wir lieben es, alle Arten von Herausforderungen mit unserer Technologie zu lösen, also teilen Sie uns bitte mit, wie wir Ihnen helfen können, Ihre eigenen Ziele mit Aluminiumteilen zu visualisieren und dann zu verwirklichen.
