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深入了解金属丝材3D打印工艺的优点 - 彻底告别金属粉末燃爆风险

2022-05-11

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中南大学实验室铝粉爆燃

金属粉末烧结3D打印工艺安全问题不容忽视

 2022年4月20日,中南大学材料科学与工程学院发生一起爆燃事故,一名博士研究生在操作金属粉末3D打印机设备时,铝粉发生爆燃,导致一起严重受伤案件,学生全身60%烧伤,右眼球或不保。此次痛心事件让我们对3D打印相关的实验安全性敲响了警钟,学生使用SLM(选区激光融化技术)3D打印机设备,该工艺原材料为金属粉末,铝在金属粉末状态下如果操作不当极其容易发生爆燃爆炸等危险反应。

 SLM(选区激光融化技术)工艺设备所需要的原材料(金属粉末),粒径一般为几十微米,可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝极其合金都是反应性金属,风险尤其大,必须收到粉尘浓度的特定限制;其他金属粉末,如钢或者其他含镍合金,则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。在无保护的条件下,长期接触或者吸入会对操作人员身体健康带来一定隐患。

 相对于SLM(选区激光融化技术),Markforged金属3D打印机 MetalX的金属丝材打印工艺由于不使用金属粉末作为原材料,而是使用金属丝材成型工艺,可以完全避免金属粉末带来的使用上的不便和安全隐含。


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上图为纯铜金属丝材


Markforged 金属丝材3D打印机MetalX采用打印机+脱脂机+烧结炉的方式加工金属零件。较SLM等粉末金属3D打印相比,成本节省近十倍,并且无需专门的操作员,完全消除传统金属3D工艺下的粉尘污染。只需要简单的线材更换,即可实现从不锈钢到铜等多种金属材料打印。与传统机械CNC或铸造加工相比,成本节省近百倍,从设计到最终零件最快可在28小时内即可完成。

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脱脂后的零件样貌


在材料的多样性上,Markforged金属丝材3D打印机MetalX也可以满足客户零件材质的多样性要求。

不锈钢材料

不锈钢是多用途金属,具有出色的均匀耐腐蚀性、高强度和良好的光洁度。不锈钢由于铬含量高而碳含量低,因此维护成本低且易于焊接。

17-4 PH 不锈钢是一种常见的马氏体不锈钢,可以进行沉淀硬化以调节机械性能,从而满足您的应用需求。这使得 17-4 PH 不锈 钢成为一种用途极为广泛的材料,可以进行调整以适合各种应用,包括金属加工、航空航天、石油化工和医疗行业。

316L 不锈钢(即将推出)是一种奥氏体不锈钢,除了许多不锈钢已经具备的特性之外,还具有增强的局部耐腐蚀性。这使其非常适 合海事和化学处理的应用,并且其低碳含量(低于 0.03%)意味着它易于焊接而不会发生焊接腐蚀。

 

工具钢材料

这种钢针对切割和成型其他材料进行了优化,这意味着它们通常具有耐磨性,以及较高的硬度和强度。每种类型的工具钢都经过优化,可 与某些类型的材料一起适用于某些应用。

A2 工具钢是一种兼具耐磨性和韧性的用途广泛的通用型工具钢。它在典型的冷加工冲击或基于成型的工具制造应用(例如冲压、 冲孔和金属弯曲)中表现良好。

D2 工具钢是一种在冷加工应用中以其耐磨性和硬度而闻名的工具钢。可以对其进行锐化和热处理,以提高其硬度并保持边缘,因 而可以用于切削工具。

H13 工具钢是一种高温钢,已针对高温硬度和耐磨性进行了优化。这使其非常适合于高温成型应用,例如插入件、型芯和模具。它 具有抗热疲劳和预防过早热龟裂的功能,并具有出色的淬透性能。

 

超级合金材料

超级合金是高性能合金,在高温下具有出色的机械强度和稳定性。这些合金还具有很高的耐腐蚀性,通常在恶劣的环境中使用,并暴露 于极端高温或化学制品中。

Inconel 625 非常适合高温和高压环境,因为它可以在很宽的温度范围内保持强度。结合其耐腐蚀性,非常适合石油化工应用。

 

有色金属材料

有色金属的分子组成中几乎没有铁,并且通常根据所含金属和应用而具有一系列有用的特性。许多有色金属重量轻,具有导电性且易于使用。

铜是一种具有延展性的金属,以其较高的导电性和导热性而著称,使其非常适合需要电流传输或散热的应用,包括母线、热交换器 和散热器。

钛 6Al-4V(即将推出)非常轻巧,同时又具有令人难以置信的强度和硬度,从而使其具有一流的强度重量比。它具有出色的耐腐蚀 性,再加上重量轻,使其成为车辆和生物医学设备的理想选择。

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经过烧结后的零件样貌


Markforged金属丝材3D打印机MetalX凭借其安全、易操作、较高的性价比,目前被广泛应用在消费电子、汽车、模具、医疗以及航空航天、建筑、船舶、核工业、科研等相关领域。根据具体的应用环节来看,其目前主要的应用场景被用于设计样品、展示模型、以及工装夹具等工厂生产环境,同时成为产品设计、修复和快速原型制造的重要实现方式。

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上图为零件装配后的样貌


3D打印安全保障刻不容缓,3D打印技术作为意向前沿性、先导性十足的新兴技术,对传统制造业的工业改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。Markforged金属丝材3D打印机MetalX,解决了企业如何选择一台安全有保障、符合企业自身应用场景的3D打印设备的难题,让金属3D打印技术在企业、研究机关、高校可以在安全有保障的前提条件下被广泛应用。

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