洞悉铝合金F357的3D打印开发逻辑

　　根据3D科学谷的市场观察，在金属3D打印方面，尤其是在激光粉末床熔化（LPBF）方面，铝的综合优势驱动了铝合金的大部分早期开发,而用于增材制造的铝合金的开发过程也进一步对3D打印设备提出了新的加工挑战。
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　　材料与加工工艺的结合
　　铝合金（或＂铝＂）的应用场景是什么呢？如果您在需要坚固、轻便的零件，则可以使用比强度更高的金属合金，例如钛，具有更好的强度与密度比。如果您正在寻找热管理技术，那么肯定会有传热系数更高的合金，例如铜合金。如果您的目标是最低密度或更高的电势，镁合金是一个不错的选择。尽管如此，铝合金还是人们日常生活中遇到的最普遍的合金之一，这确实有充分的理由：在成本、性能和可制造性方面，铝合金都具备独特的优势。
　　铝合金通常分为铸造合金或锻造合金，3D打印铝的最初成功主要是铸造合金。锻造合金可能是要求苛刻的应用所希望的，特别是在航空航天中，如2024、6061或7075这样的合金得到大量使用，但这些高强度合金的可焊性较差。甚至被认为是可焊接的航空级合金的6061，也不适合用于激光粉末床熔化的3D打印工艺。
　　由于LPBF-激光粉末床熔化金属3D打印技术在最基本的水平上属于类似于金属焊接过程，那如何处理难以焊接的材料呢？根据3D科学谷的了解，事实证明，＂可焊接性＂不是此处的主要标准，而是＂自生焊接性＂。
　　焊接性与打印息息相关
　　＂自生可焊性＂听起来令人咋舌，但这实际上只是说合金无需填充材料即可焊接的一种方式。在正常的焊接应用中，这并不是什么大问题，但是LPBF打印机中的粉末床是单一材料，这意味着没有很好的方法将＂填充剂＂引入工艺中。因此，无法自动焊接的合金可能会出现问题，在许多情况下，这会在打印时表现出开裂的趋势。
　　铸造合金就派上了用场！铝3D打印的最初成功来自于AlSi12（一种硅含量为12％的合金）。对于铝合金而言，Si的含量相当高，但是Si在打印过程中用于增加熔池的流动性，并且还用于减少熔池固化时的收缩量。从这个意义上讲，硅越多越好！但是从零件的机械性能的角度来看，高硅含量不是一件好事。
　　那可否将铝合金中硅的比例从12％降低到10％，并添加镁以提高强度，这种情况下生成的是AlSi10Mg。
　　但是，即使添加了额外的镁，AlSi10Mg也不是最理想的组合，仍然不能满足最终应用的许多机械要求。这种3D打印合金往往具有较低的伸长率，这是非常重要的：伸长率越高，材料越坚硬。
　　更强-更安全
　　大部分适合3D打印的铝合金材料最初是从A356铸造铝合金开发出来的，这是使用最广泛的铸造铝合金之一。它重量轻且极耐腐蚀。为了进一步提高机械性能，可以添加更多的镁，这会产生A357，这是一种强度更高的合金，可以对其进行热处理以获得更好的性能，但铸造起来却有些困难。
　　不过用于LPBF激光粉末床熔化确实颇为理想的选择，但有一个陷阱：A357还含有0.04至0.07％的铍-铍是对人类最具毒性的金属之一。特别是如果将其吸入，这可能在粉末处理和后处理过程中发生，所以这种材料不太适合AM金属增材制造 …
　　幸运的是，可以从合金中除去铍，其结果为F357。
　　F357重量轻，可焊接性强，可进行阳极氧化处理，具有高耐腐蚀性且可在很宽的温度范围内使用。根据3D科学谷的市场观察对于那些在许多航空航天和高端赛车运动应用中看到的具有薄壁，复杂结构的增材制造零件，它是极好的选择。
　　根据3D科学谷的市场观察，国际上，VELO3D在铝F357的3D打印方面获得了一系列的进展。
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　　一方面，VELO3D技术获得了F357零件更好的表面光洁度，尤其是在众所周知的那些低角度。F357零件适合高应力环境，并具有两个主要优点：更好的耐腐蚀性和更好的疲劳寿命。
　　VELO3D技术解决的另一个问题是避免热撕裂缺陷，因为F357的硅含量降低会在冷却时导致裂纹， VELO3D的参数集和高保真激光控件经过专门调整，可解决此潜在问题。
　　湿度是在使用铝材打印时可能会遇到的另一个问题。粉末通常＂更粘＂并且趋于结块，尤其是对于传统的重涂机系统而言。铝粉是极好的干燥剂，水分会立即吸附到颗粒表面。当构建室内的湿度上升时，铝粉可能难以散布，在这方面，根据3D科学谷的了解，VELO3D的非接触式涂布机避免了此类问题。
　　更多信息，请参考3D科学谷发布的《铝金属3D打印白皮书》
　　l 文章来源：3D科学谷内容团队
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