3D打印金屬材料之不鏽鋼

3D打印 材料科學 首飾 Autodesk 南極熊3d打印網 2017-05-17

鋼是以鐵為主要成分的合金,在我們生活中有著比鋁還高的出現頻率。不鏽鋼(StainlessSteel)的不鏽性和耐蝕性是由於其表面上富鉻氧化膜的形成,材料比較堅硬,還有多種顏色可選,如銀色、古銅色以及白色,常被用於SLM(選擇性激光熔化)技術的3D打印工藝中。

3D打印金屬材料之不鏽鋼

其實,不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性是相對的。試驗表明,鋼在大氣、水等弱介質和硝酸等氧化性介質中,其耐蝕性隨鋼中鉻含量的增加而提高,當鉻含量達到一定的百分比時,鋼的耐蝕性發生突變,即從易生鏽到不易生鏽,從不耐蝕到耐腐蝕。

不鏽鋼的特性如下:

1. 耐腐蝕性能好,比普通鋼長久耐用。

2. 強度高。

3. 耐高溫氧化,因此能夠抗火災。

4. 容易塑性加工,且焊接性能好。

5. 光潔度高,維護簡單。

傳統制造工藝(切削)加工不鏽鋼材料主要有以下幾個難點。

1.切削力大、溫度高導致刀具磨損。

由於不鏽鋼強度大,切削時切向應力大,因而切削力大。加上材料導熱性差,造成切削溫度高,因此刀具容易磨損。

2.加工硬化嚴重。

部分高溫合金不鏽鋼在加工切削時加工硬化傾向大,通常是普通碳素鋼的數倍,刀具在加工硬化區域內切削,壽命會縮短。

3.容易黏刀。

不鏽鋼均存在加工時切削強韌、切削溫度很高的特點。當強韌的切削流經前刀面時,將產生黏結、熔焊等黏刀現象,影響加工零件表面的粗糙度。

而SLM技術加工不鏽鋼解決了傳統切削方式加工的弊端。3D打印不鏽鋼材料使用SLM技術可製造不受幾何形狀限制的零部件,縮短了產品的開發製造週期,可快速高效地進行小批量複雜零部件的製造。3D打印的不鏽鋼常被用在首飾、功能構件和藝術品等領域。下圖的3D打印餐具,就是利用不鏽鋼材料,最後在外表鍍銀製成。

3D打印金屬材料之不鏽鋼

3D打印鍍銀不鏽鋼餐具

3D打印金屬材料之不鏽鋼

利用不鏽鋼材料3D打印的藝術品(圖片來源:shapeways.com)

3D打印金屬材料之不鏽鋼

3D打印的不鏽鋼複雜物件(圖片來源:azom.com)

3D打印金屬材料之不鏽鋼

利用不鏽鋼材料打印的工業物件

直接打印不鏽鋼飾品在國內已經有了較成熟的應用。以前我們提到過,珠寶首飾行業應用3D打印技術是非常早的,一般是用在蠟模的製作環節,使用可鑄造的光敏樹脂或者蠟打印首飾蠟模,然後再進行失蠟鑄造做成金屬首飾。利用3D打印不鏽鋼首飾大大提高了生產效率,時間縮短40%以上,生產成本降低了20%以上,尤其對於複雜結構、小批量個性化的定製加工更加容易。

3D打印金屬材料之不鏽鋼

3D打印首飾與傳統工藝對比

3D打印金屬材料之不鏽鋼

不鏽鋼首飾(圖片來源:華曙高科)

不鏽鋼也常被用於小型雕刻品的打印。如圖所示的物件中,不鏽鋼成分裡熔有30%的青銅。很顯然,青銅的添加改變了產品的最終色澤,呈現出青銅的深褐色外觀。

3D打印金屬材料之不鏽鋼

3D打印的不鏽鋼飾物

Autodesk公司向來以強大的軟件著稱,幾個月前Autodesk展示了能打印不鏽鋼材料的機械臂。這款3D打印機械臂是Autodesk下屬Pier 9工坊的研究項目。該工坊成立於2013年,位於美國舊金山。雖然目前,工坊並未透露有關這種機械臂的具體技術信息。

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