Vật liệu hiệu suất cao để in 3D là vật liệu có các đặc tính cơ học độc đáo, lý tưởng cho các sử dụng ứng dụng đặc biệt có chất lượng cao.
Polyme như silicone, TPE, TPU và PEEK, kim loại như vonfram, đồng và scalmalloy, và gốm kỹ thuật như Alumina, Zirconia và Silica là một số vật liệu hiệu suất cao mà chúng tôi dùng để in 3D.
Tất cả những điều này đều nổi bật với các đặc tính đặc biệt của chúng, như khả năng chịu nhiệt cao, độ cứng đáng kinh ngạc, khả năng tương thích sinh học hoặc các đặc điểm giống cao su.
Polyme hiệu suất cao để in 3D
Polyme kỹ thuật hoặc hiệu suất cao là một nhóm vật liệu nhựa có tính chất cơ học hoặc nhiệt tốt hơn các loại nhựa được sử dụng rộng rãi hơn như Nylon, PS, PP, PE, PET, v.v. Mặc dù không phải là danh sách chính xác nhưng chúng tôi nhấn mạnh ba vật liệu polyme hiệu suất cao thú vị: PEEK, TPE-TPU và Silicone.
PEEK
PEEK (polyetheretherketone) là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật hiệu suất cao rất bền, chịu nhiệt và chống cháy, có thể được sử dụng như một chất thay thế trọng lượng nhẹ cho kim loại. Các bộ phận làm bằng PEEK có thể nhẹ hơn tới 70% so với các bộ phận làm từ kim loại.
Nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, năng lượng, điện tử và y tế để chế tạo vòng, mũ và vỏ. PEEK tương thích sinh học có sẵn cho các ứng dụng y tế như cấy ghép.
PEEK thuộc họ polyme polyketone (PAEK). Tuy nhiên PEEK có thể là một vật liệu khá đắt tiền và thường được sử dụng để sản xuất các bộ phận cuối. PEEK hiệu suất cao cho in 3D có sẵn dưới dạng sợi cho FDM và bột cho SLS.
Nếu bạn đang tìm kiếm một vật liệu thay thế rẻ hơn với các đặc điểm tương tự, hãy xem PEI (ULTEM).
TPE và TPU
TPE và TPU là chất đàn hồi nhiệt dẻo có đặc điểm giống cao su.
TPU (nhựa nhiệt dẻo đàn hồi polyurethane) là một loại nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPE) và có sẵn ở các cấp độ cứng cao hơn để đạt được các bộ phận từ mềm (giống cao su) đến cứng (nhựa cứng).
Nhựa nhiệt dẻo đàn hồi (TPE) được sử dụng để làm vỏ, nắp, tấm, đế giống như cao su cho giày dép, v.v. Chúng được phát minh vào những năm 1950 và chỉ gần đây cả hai vật liệu này mới trở thành vật liệu có thể in 3D cho ngành sản xuất phụ gia.
Sự khác biệt giữa TPE và TPU trong in 3D là gì?
Cao su hoặc các vật liệu có đặc tính giống cao su được sử dụng rộng rãi cho một loạt các ứng dụng đòi hỏi
Silicone
Silicone, là một vật liệu đa năng được sử dụng rộng rãi và ngành công nghiệp sản xuất phụ gia đã chờ đợi một thời gian dài để vật liệu này có sẵn cho in 3D. Silicone là một polyme nhiệt rắn và không thể in được bằng các quy trình in hiện có, vì chúng đều yêu cầu nung nóng vật liệu và hình thành vật liệu nóng chảy.
Điều này đã thay đổi vào năm 2018 khi một quy trình được phát minh cho phép in với silicon thực: DOD hoặc Drop On Demand. Kể từ đó, chúng ta đã đạt nhiều đột phá hơn và giờ đây có thể in 3D với silicone. Cho đến nay, chỉ các bộ phận tương đối nhỏ có thể được in với silicone, nhưng các máy in lớn hơn đang trên đường phát triển.
Silicone sự hữu tính tương hợp sinh học và được sử dụng cho các ứng dụng y tế, cũng như các ngành công nghiệp khác.
In silicone khá tốn kém. Một lựa chọn thay thế rẻ hơn là TPE, đặc biệt là đối với các dòng âm lượng lớn.
Có thể in 3D với silicone không?
Một trong những bước đột phá lớn nhất trong lĩnh vực vật liệu in 3D trong những năm gần đây là sự ra đời của
Quý khách có tò mò về chi phí in phần bằng vật liệu in 3D hiệu suất cao?
Kim loại hiệu suất cao để in 3D
Nhóm nguyên liệu chính khác được sử dụng trong ngành sản xuất phụ gia là kim loại. Các kim loại được in chủ yếu bằng cách sử dụng Selective Laser Melting (SLM) và Direct Metal Laser Sintering (DMLS) nhưng cũng có các sợi kim loại cho máy FDM. Bột kim loại được sử dụng cho hầu hết các kim loại được sử dụng phổ biến như thép không gỉ, thép dụng cụ, hợp kim nhôm, titan, niken, coban và crom. Một số kim loại khó in 3D hơn, đặc biệt là đồng và vonfram. Có hai kim loại chúng tôi muốn đề cập cùng với một kim loại đặc biệt được phát triển để in 3D được gọi là Scalmalloy.
Đồng cho FDM và SLM
Đồng là một vật liệu phổ biến được yêu thích vì khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện tuyệt vời.
Sợi đồng cho máy FDM đã có mặt trên thị trường một khoản thời gian, nhưng vì SLM là phương pháp ưa thích để in kim loại, người ta cho rằng bột đồng sẽ có sẵn để in 3D. Tuy nhiên: chính những đặc tính độc đáo của đồng đã khiến nó không thích hợp cho quá trình thiêu kết bằng laser, vì đồng không hấp thụ tia laser như các kim loại khác.
Các nhà nghiên cứu đã cần phát triển các kỹ thuật mới để có thể thực hiện in 3D với đồng. Năm 2017, thị trường đã chứng kiến một bước đột phá: bột đồng được thiêu kết bằng cách sử dụng tia laser xanh lá cây (mà bột đồng hấp thụ tốt hơn) và bằng cách cho thêm quá trình nung nóng bột đồng trước để ngăn ngừa nứt vỡ. Kết quả là các bộ phận bằng đồng chất lượng cao hiện có thể được in 3D.
Tình cờ vào năm 2020, một sợi đồng nguyên chất (99,8% Cu theo trọng lượng) đã được phát triển cho các máy in 3D kim loại công nghiệp FDM, khiến FDM cũng trở thành một lựa chọn cho in đồng công nghiệp.
In 3D bằng đồng
Theo truyền thống, đồng là một vật liệu rất phổ biến do tính dẫn nhiệt và dẫn điện của nó. Những phát triển gần đây
Vonfram và các kim loại chịu lửa khác
Vonfram là một trong năm kim loại chịu lửa, molypden, tantali, rheni và niobi là những kim loại khác trong nhóm. Kim loại chịu lửa là kim loại chịu nhiệt cực cao, có thể chịu nhiệt độ trên 4000 ° C.
Chúng khó sản xuất ngay cả với các phương pháp sản xuất truyền thống, nhưng rất được ưa chuộng cho các ứng dụng cần khả năng chịu nhiệt và va đập cao.
Cacbua vonfram, một hợp chất vonfram, và được phân loại là gốm, cực kỳ cứng và chịu nhiệt, được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và quốc phòng. Các ứng dụng bao gồm vòi phun động cơ tên lửa, đầu vũ khí (để xuyên qua bề mặt cứng), cánh tua bin cho máy bay (chịu nhiệt), và các công cụ nhỏ hơn như lưỡi cưa, mũi khoan, vòng bi, piston và thiết bị hàn.
Vonfram cũng được sử dụng trong lĩnh vực y tế vì đặc tính che chắn bức xạ của nó. Ngành y tế sử dụng vonfram tinh khiết để quét MRI, ống chuẩn trực và che chắn bức xạ.
Các kim loại chịu lửa khác
Trong số các kim loại chịu lửa khác, Molypden được sử dụng rộng rãi nhất vì nó rẻ hơn
Molypden được sử dụng trong các hợp kim để gia cố thép, như thép không gỉ.
Tantali được biết đến với khả năng chống ăn mòn và có thể được sử dụng để chế tạo cấy ghép chỉnh hình. Nó đạt điểm cao hơn về khả năng tương thích tế bào (= không gây hại cho tế bào) và khả năng tương thích sinh học hơn titan.
Rhenium là hiếm nhất và do đó đắt nhất trong lớp kim loại chịu lửa. Hợp kim Rhenium được sử dụng trong các linh kiện điện tử. Niobi có các ứng dụng tiềm năng trong hàng không vũ trụ (vòi phun tên lửa) và năng lượng. Kim loại chịu lửa là một thị trường ngách trong ngành bột kim loại.
In 3D với vonfram và cacbua vonfram
Bột vonfram, ở dạng nguyên chất và ở dạng hỗn hợp, hiện có sẵn cho sản xuất phụ gia, bằng cách sử dụng Selective Laser
Scalmalloy
Scalmalloy là vật liệu in 3D kim loại hiệu suất cao được cấp bằng sáng chế được làm từ hợp kim scandium (SC), nhôm (AL) và hợp kim (ALLOY) magiê (M).
Ban đầu được phát triển cho và bởi ngành hàng không vũ trụ, nhưng cũng thú vị cho các lĩnh vực khác. Scalmalloy đã được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô (bộ trao đổi nhiệt), trong robot (ống góp thủy lực) và mô tô thể thao (giá đỡ).
Nó nhẹ, mạnh và có độ dẻo cao để sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. So với Nhôm truyền thống (AlSi10Mg), Scalmalloy mạnh hơn nhiều (mạnh hơn titan) do bổ sung thêm scandium. Các bộ phận được in 3D với Scalmalloy có trọng lượng nhẹ, chống ăn mòn và có độ dẻo cao.
Gốm hiệu suất cao để in 3D
Nhóm thứ ba mà chúng tôi muốn đề cập là gốm sứ hiệu suất cao hoặc gốm kỹ thuật Những đồ gốm này đã được tối ưu hóa cho các ứng dụng công nghiệp,
Gốm kỹ thuật rất cứng, chịu nhiệt, dẫn nhiệt kém, có đặc tính cách điện tốt, chống đứt gãy và sự hữu tính tương hợp sinh học
Tuy nhiên, những đồ gốm này đặc biệt khó tạo hình bằng các công nghệ sản xuất thông thường, điền này tạo lợi thế cho ngành sản xuất phụ gia khi dung tới vật liệu này.
Những đặc điểm này cho phép gốm sứ được sử dụng trong các lĩnh vực ứng dụng và các ngành công nghiệp khác nhau
Trong đua xe thể thao, gốm sứ được sử dụng cho đĩa phanh, ổ trục và ống xả.
Trong lĩnh vực y tế, gốm sứ được sử dụng để trong các thành phần cấy ghép và nội soi. Ngành công nghiệp năng lượng sử dụng các thành phần gốm vì đặc tính cách nhiệt và cách điện tuyệt vời của chúng. Gốm được dùng trong nhiên liệu pin, trong phụ kiện van và thân cuộn dây. Gốm sứ cũng rất tốt cho các công cụ cắt của các thành phần laser. Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ thích gốm sứ vì trọng lượng tương đối thấp của nó so với kim loại.
Vật liệu hiệu suất cao để in 3D: Gốm kỹ thuật
Alumina, Zirconia, Silica và các loại gốm sứ khác
Được biết đến nhiều nhất là Alumina, Zirconia và Silica.
Alumina (nhôm oxit) được sử dụng rộng rãi nhất vì nó rẻ nhất.
Zirconia (zirconium dioxide) được sử dụng trong ngành công nghiệp nha khoa (để thay thế răng) và cả trong ngành hàng không vũ trụ và hạt nhân.
Gốm silic như cacbua silic là vật liệu gốm cứng nhất (có thể so sánh với kim cương).
Cũng đáng nhắc là gốm hiệu suất cao không oxit như Silicon Nitride, Silicon Carbide, Boron Carbide, nhôm nitrua và kim loại gốm hợp kim composite.
Các mô hình gốm được làm bằng công nghệ SLS hoặc công nghệ in phun kết dính (Binder Jetting) sử dụng bột gốm.
In 3d bằng gốm sứ kỹ thuật
Gốm kỹ thuật là vật liệu lý tưởng cho các bộ phận cần chống ăn mòn và chống mài mòn cơ học ngay cả ở
Vật liệu hiệu suất cao trong tương lai cho in 3D
Như đã đề cập trong phần giới thiệu, đây không phải là danh sách chính xác của tất cả các vật liệu hiệu suất cao cho in 3D. Khi ngành công nghiệp sản xuất phụ gia phát triển, các vật liệu mới sẽ được phát triển. Các vật liệu tổng hợp như graphene, vật liệu sinh học và nano và thậm chí còn được gọi là vật liệu 4D, thay đổi hình dạng theo thời gian, ví dụ như vật liệu bộ nhớ hình dạng, là những vật liệu mới có nhiều ứng dụng.
Kết luận
Vật liệu hiệu suất cao để in 3D là một loại vật liệu thú vị trong lĩnh vực sản xuất phụ gia. Những vật liệu này nổi bật với các đặc tính đặc biệt của chúng, từ khả năng chống chịu nhiệt độ cực cao, đến độ cứng đáng kinh ngạc, đến tính tương hợp sinh học hoặc chất lượng đặc biệt giống như cao su. Những vật liệu này thường không rẻ, chúng là vật liệu chất lượng cao dành cho các ứng dụng sử dụng cuối cùng. Tất cả các tài liệu được đề cập đều có sẵn tại Beamler. Danh sách này không đầy đủ hoặc dứt điểm vì các vật liệu mới tiếp tục phát triển khi ngành sản xuất phụ gia phát triển.
