Le leghe di alluminio (o “alluminio” come dicono i miei colleghi più intelligenti) sono un po' un punto interrogativo. Se stai lavorando in un campo che richiede parti forti e leggere, ci sono leghe metalliche con resistenze specifiche più elevate, cioè un miglior rapporto tra resistenza e densità, come i titani. Se stai cercando la gestione termica, ci sono sicuramente leghe con migliori coefficienti di trasferimento del calore, come le leghe di rame. Se stai mirando alla densità più bassa oa un potenziale galvanico più elevato, le leghe di magnesio sono un'ottima scelta. Nonostante tutto ciò, le leghe di alluminio sono una delle leghe più diffuse che si incontrano nella vita quotidiana, e c'è davvero una buona ragione per questo: le leghe di alluminio sono una delle migliori quando si tratta di compromesso tra costo, prestazioni, e producibilità.
Questi stessi compromessi hanno guidato gran parte dello sviluppo iniziale dell'alluminio per quanto riguarda la stampa 3D in metallo, e in particolare la fusione a letto di polvere laser (LPBF). Le leghe di alluminio sono generalmente raggruppate come leghe per fusione o leghe lavorate e gran parte del successo originale nell'alluminio stampato è stato con le leghe per fusione. Le leghe lavorate possono essere desiderabili per applicazioni impegnative, in particolare nel settore aerospaziale dove le leghe come 2024, 6061 o 7075 sono molto utilizzate, ma queste leghe ad alta resistenza soffrono di scarsa saldabilità. Anche il 6061, che è considerato una lega di grado aerospaziale saldabile, non è adatto per la fusione laser a letto di polvere. Poiché LPBF è al suo livello più elementare un processo di saldatura, come può essere così? Si scopre che la "saldabilità" non è il criterio principale qui, ma piuttosto la "saldabilità autogena".
La saldabilità autogena è un boccone, ma in realtà è solo un modo per dire che una lega è saldabile senza un materiale d'apporto. Questo non è un grosso problema in una normale applicazione di saldatura, ma il letto di polvere in una stampante LPBF è un singolo materiale, il che significa che non c'è un ottimo modo per inserire un "riempitivo" nel processo. Per questo motivo le leghe non autogenamente saldabili possono presentare un problema, che in molti di questi casi si presenta come una tendenza alla fessurazione durante la stampa.
Quindi, fusione di leghe era! Parte del successo originale nella stampa dell'alluminio è arrivato con AlSi12, una lega composta per il 12% da silicio. Questa è una quantità abbastanza significativa di Si per una lega di alluminio, ma il Si serve ad aumentare la flowcapacità del meltpool e anche di diminuire la quantità di contrazione mentre il meltpool si solidifica. In questo senso, più silicio c'è, meglio è! Ma in termini di proprietà meccaniche, l'alto contenuto di silicio non è una buona cosa.
Il passo successivo è stato naturale: ridurre la percentuale di silicio nella lega dal 12 al 10% e aggiungere magnesio per aumentare la resistenza. Il risultato è stato AlSi10Mg, affettuosamente conosciuto dagli addetti ai lavori come "alsitenmag".
Anche con il magnesio aggiuntivo, tuttavia, AlSi10Mg non era un punto di sosta ideale; le parti stampate con esso non soddisfacevano ancora molti dei requisiti meccanici delle applicazioni finali. Questa lega stampata tende ad avere un allungamento basso, il che è piuttosto significativo: maggiore è l'allungamento, più resistente è il materiale. Anche con questa carenza, molte persone si sono fermate qui e si sono accontentate di "alsitenmag" come accettabile, anche se non era quello che stavano veramente cercando.
Più forte, ma anche più sicuro
Gran parte delle applicazioni che erano buone candidate per la stampa erano originariamente fusioni in A356, una delle leghe di alluminio pressofuso più utilizzate. È leggero ed estremamente resistente alla corrosione. Per spingere un po' oltre le proprietà meccaniche si può aggiungere più magnesio, il che porta ad A357, una lega più forte che può essere trattata termicamente per ottenere proprietà migliori, ma è un po' più difficile da fondere. Questo potrebbe essere un candidato ideale per LPBF, ma c'è un problema: l'A357 contiene anche dallo 0.04 allo 0.07% di berillio e il berillio è uno dei metalli più tossici per l'uomo. Soprattutto se viene inalato, cosa che può accadere durante la manipolazione della polvere e la post-lavorazione. Non è la soluzione ideale per AM...
Fortunatamente, il berillio può essere eliminato dalla lega, con il risultato di essere F357 (si pensi a F per Free of berillium).
F357 è leggero, offre una grande saldabilità, può essere anodizzato, ha un'elevata resistenza alla corrosione ed è tollerante a un'ampia gamma di temperature. È un candidato eccellente per quelle parti AM con strutture complesse a pareti sottili che si vedono in una serie di applicazioni aerospaziali e di sport motoristici di fascia alta.
In Velo3D abbiamo qualificato la lega di alluminio F357 per il nostro Sapphire Sistemi AM nell'ultimo anno o giù di lì, lavorando a stretto contatto con i partner PWR ed Duncan Machine Products. Mentre anche altri produttori di apparecchiature AM stanno esplorando questo materiale, vorrei spiegare cosa stiamo facendo per assicurarci che i tuoi risultati con esso siano della massima qualità possibile.
Come VELO3D addomesticato aluminum F357
Per prima cosa, la tecnologia Velo3D produce una migliore finitura superficiale, specialmente a quegli angoli bassi per cui siamo conosciuti. Questo è importante perché molte delle applicazioni in cui l'F357 viene utilizzato sono in ambienti ad alto stress e la nostra finitura superficiale superiore ha due vantaggi chiave: migliore resistenza alla corrosione e migliore durata a fatica.
Un altro problema che la nostra tecnologia aiuta è quello di evitare i difetti di strappo a caldo, che possono verificarsi con F357 perché il suo ridotto contenuto di silicio può portare a crepe mentre si raffredda. I nostri set di parametri e i nostri controlli laser ad alta fedeltà sono specificatamente ottimizzati per affrontare questo potenziale problema.
L'umidità è un altro problema che potresti incontrare quando stampi con l'alluminio. La polvere è spesso "più appiccicosa" e tende ad agglomerarsi, in particolare con i tradizionali sistemi di rivestimento "spazzaneve". La polvere di alluminio è un eccellente essiccante e l'umidità si adsorbe immediatamente sulla superficie delle particelle. Quando l'umidità all'interno della camera di costruzione sale, la polvere di alluminio può essere difficile da diffondere e spesso può portare a difetti del letto di polvere che uccidono la costruzione. Il nostro recoater senza contatto evita completamente tali problemi e, naturalmente, le nostre camere di costruzione estremamente strette mantengono i livelli di ossigeno e umidità molto più bassi rispetto alla maggior parte della concorrenza, con un controllo attivo di entrambi in ogni momento durante la costruzione.
La combinazione di F357 con le capacità del sistema di additivi metallici Velo3D presenta vantaggi significativi rispetto ad AlSi10Mg e AM in metallo legacy e possono eliminare compromessi ingegneristici che in passato non potevano essere evitati. Amiamo risolvere tutti i tipi di sfide con la nostra tecnologia, quindi facci sapere come possiamo aiutarti a visualizzare e quindi realizzare i tuoi obiettivi con le parti in alluminio.
