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金属3D打印材料之不锈钢

金属3D打印材料之不锈钢
  今天为你带来的是一种常见的金属材料——不锈钢。不锈钢是最廉价的金属3D打印材料,来源十分广泛、用途多种多样,相信在不久的将来,SLM激光熔化技术会成为加工不锈钢的主流技术。
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  钢是以铁为主要成分的合金,在我们生活中有着比铝还高的出现频率。不锈钢(Stainless Steel)的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜的形成,材料比较坚硬,还有多种颜色可选,如银色、古铜色以及白色,常被用于SLM(选择性激光熔化)技术的3D打印工艺中。
  其实,不锈钢的不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明,钢在大气、水等弱介质和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。
不锈钢的特性如下:
1.  耐腐蚀性能好,比普通钢长久耐用。
2.  强度高。
3.  耐高温氧化,因此能够抗火灾。
4.  容易塑性加工,且焊接性能好。
5.  光洁度高,维护简单。
传统制造工艺(切削)加工不锈钢材料主要有以下几个难点。
1. 切削力大、温度高导致刀具磨损。
由于不锈钢强度大,切削时切向应力大,因而切削力大。加上材料导热性差,造成切削温度高,因此刀具容易磨损。
2. 加工硬化严重。
部分高温合金不锈钢在加工切削时加工硬化倾向大,通常是普通碳素钢的数倍,刀具在加工硬化区域内切削,寿命会缩短。
3. 容易黏刀。
不锈钢均存在加工时切削强韧、切削温度很高的特点。当强韧的切削流经前刀面时,将产生黏结、熔焊等黏刀现象,影响加工零件表面的粗糙度。
SLM技术加工不锈钢解决了传统切削方式加工的弊端。3D打印不锈钢材料使用SLM技术可制造不受几何形状限制的零部件,缩短了产品的开发制造周期,可快速高效地进行小批量复杂零部件的制造。3D打印的不锈钢常被用在首饰、功能构件和艺术品等领域。下图的3D打印餐具,就是利用不锈钢材料,最后在外表镀银制成。

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3D打印镀银不锈钢餐具

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利用不锈钢材料3D打印的艺术品。

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3D打印的不锈钢复杂物件。

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利用不锈钢材料打印的工业物件
  直接打印不锈钢饰品在国内已经有了较成熟的应用。以前我们提到过,珠宝首饰行业应用3D打印技术是非常早的,一般是用在蜡模的制作环节,使用可铸造的光敏树脂或者蜡打印首饰蜡模,然后再进行失蜡铸造做成金属首饰。利用3D打印不锈钢首饰大大提高了生产效率,时间缩短40%以上,生产成本降低了20%以上,尤其对于复杂结构、小批量个性化的定制加工更加容易。
3D打印首饰与传统工艺对比。

不锈钢首饰
  不锈钢也常被用于小型雕刻品的打印。如图所示的物件中,不锈钢成分里熔有30%的青铜。很显然,青铜的添加改变了产品的最终色泽,呈现出青铜的深褐色外观。

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3D打印的不锈钢饰物
  除了SLM技术,国内已有厂商推出添加不锈钢粉末的FDM耗材,打印出的模型具备金属质感。
  Autodesk公司向来以强大的软件著称,几个月前Autodesk展示了能打印不锈钢材料的机械臂。这款3D打印机械臂是Autodesk下属Pier 9工坊的研究项目。该工坊成立于2013年,位于美国旧金山。虽然目前,工坊并未透露有关这种机械臂的具体技术信息,但从下图中可以看出,它采用的似乎是电弧焊接一类的技术。这种机械臂最大的优势是能在各个方向上实现打印,而普通的3D打印机却做不到这一点。

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