08
Nov 2024
Meltio 金屬 3D 列印材質指南
您是否厭倦了花無數小時來尋找選擇適合您專案的材料? 這份材料指南詳細介紹了您選擇材料所需的所有資訊。
當您閱讀完整個指南您會了解到 Meltio 如何透過提供已參數化的 Meltio 材料使您的工作變得更加輕鬆，並保證每次列印都具有最佳的機械性質。另外，此文件最後還包括了一張可列印材料清單！
目錄
首先，讓我們來定義「材料」的概念。它可以定義為任何具有用途並可用於製造的材料。然而，這是一個廣泛的定義，我們可以在其中做出一系列澄清和細微差別。根據字典定義，材料是一種元素或元素的組合，通常處於固態，用於滿足特定需求。
如果我們嚴格理解這個詞的含義，材料可以被定義為一種材料，其特徵和行為不僅僅取決於構成它的各個元素的屬性總和。元素構造成宏觀物體（即為它們的顆粒）的方式、加工過程中的處理過程或單一元素的物理化學相互作用對材料的最終性能具有重大影響。
因此，我們可以認定材料的特性和材料行為本質上是由兩個因素決定的：其組成和結構。例如，鋼是一種主要由鐵和碳組成的材料，但其強度和延展性等特性並不是單純由鐵和碳的單獨性能組合起來這麼簡單。
材料可以分為很多不同類別，但我們會將重點放在Meltio 技術中使用的金屬原材料。
金屬材料一般被定義為具有機械、物理、化學、熱和電性能的金屬或金屬合金。金屬材質的獨特性能如下：
簡而言之，金屬材料具有工業領域高度重視的特性。
然而，為了進一步改善金屬機械性質，不同的金屬通常會以不同的比例組合起來，形成所謂的「合金」。合金是母體金屬與其他元素的混合，以提高物理和機械性能，與純金屬相比，合金具有顯著的改進。
透過改變合金的成分，可以獲得多種特性，從而可以創建各種應用，並滿足各種行業的需求。
基於上述內容，材料將被定義為具有特定特徵的系統化設計元素，旨在實現任何需求的功能。
鑑於金屬材料優異的物理和機械性能，它們被應用於無數行業，為航太、國防、汽車、工業維護、海事等領域提供各種應用。
作為一個開放平台，Meltio 支援使用第三方材料，我們的顛覆性製程與多種材料相容，從不銹鋼和低碳鋼到鈦合金、鎳、殷鋼 (鐵鎳合金)、鈷鉻合金和金等貴金屬。
然而，在 Meltio，我們努力讓客戶使用我們自己的一系列材料，這些材料經過不斷的測試和開發。原因，我們希望透過 Meltio 技術提供 3D 列印的最佳用戶體驗，其中包括不斷改進現有材料的性能，以及引入經過我們的專家精心測試和調整優化材料以及列印參數文件。
以鈦為例，鈦是一種被廣泛用於製造的材料，由於其高耐腐蝕性、優異的機械性能、生物相容性和骨整合性，在許多應用領域具有獨特的吸引力，包括醫學等領域。在了解鈦的特性後，Meltio 著手開發並驗證了 Meltio 64鈦，旨在獲得最佳化的印模參數，以確保最佳的機械性質。我們使用的這些材料在客戶專案中取得了優異的成果，包括 AIDIME 技術研究中心使用 Meltio 提供的 64鈦進行的工作，目前正在驗證其在生物醫學植入物中的使用。
開發的合金是三個不同階段的結果，其中涉及詳細的控制以確保材料的品質。開發材料過程中的首要目標是獲得良好的密度，從而獲得良好的機械性質。
3D 列印中新材料的特性初始於對列印珠 (焊珠) 的尺寸和形狀的分析，並構成了所有部件的基礎。接下來，檢查珠子的重疊狀況，以建立一個稱為「包層」的塗層。第 0 階段透過各種能量密度列印方形焊道以及單一焊道覆蓋層來開始此過程。
在第一階段的特性中，找出在階段 0 過程中具有最佳能量密度的參數。使用簡單的幾何結構建立樣品，從中提取副產品並進行 X 光斷層掃描缺陷分析測試。利用此結果對不同的能量密度帶進行分類，這些樣本必須能夠顯示列印部件的高密度特性。這些資訊允許使用者選擇最有效的製程，以使用 Meltio 設備實現應有的材料品質。
一旦找到製程操作範圍，就可開始製造樣品以進行機械特性測試。在第二階段，進行各種拉伸和硬度測試，並對保證製造零件最佳性能所需的熱處理進行研究。
在最後階段，將對合金的動態特性進行詳盡的研究。進行各種測試，例如疲勞測試、衝擊測試和機械加工性的評估。
因此，透過上述尋找材料最佳性能的過程，我們總結如下：
一旦所有階段皆完成，Meltio 將確保所選材料的參數適合製造零件的完整使用壽命。
就傳統的金屬零件製造方法而言，主要有三種製造流程：減法材製造、變形製造和積層製造（以前稱為材料增量製造）。
透過減法製造，零件的幾何形狀是通過去除一塊材料來獲得的。機械加工是主要的減法製造技術之一，涉及使用車床或銑床等切削工具去除材料並獲得所需的形狀。此製程廣泛應用於工業生產各種零件，從小零件到大型構造的零件。
金屬成型涉及在不去除大量材料的情況下改變材料的形狀。該過程不像機械加工那樣通過切割去除材料，而是使用施加壓力來使材料成形。 這種技術的一個例子是鍛造，其中使用錘子、壓力機或滾筒等工具，透過受控的熱量和壓力的施加來使材料成形，以獲得所需的形狀。
積層製造允許以 3D 方式生產金屬物體，並透過逐層擠壓材料直到最終獲得所需的形狀來進行。積層製造現在是製造業當前的熱門話題之一。 Meltio 就屬於這個群體。
就使用3D列印或積層製造的生產過程而言，它與上述另外兩種製造模式有很大的不同。
在積層製造中，我們需要從 CAD 軟體設計出來的 3D 模型。下一步是將 CAD 模型轉換為機器可讀的文件，在本例中為標準 .STL 格式。此格式展現的是 CAD 檔案的三角形網格。值得注意的是，網格中三角形的密度越高，解析度就越高，最終的結果也越好。
然而，這也意味著處理時間和可能的製造時間增加。因此，必須根據零件的具體需求和所需功能來調整參數。然後使用切層軟體或切割工具製造零件，這也將允許修改零件公差、層數、功率、列印速度、填充、支撐以及成功列印零件後所需的其他後處理製程。一旦選擇了參數，我們將獲得零件的製造時間和材料用量等數據。
重要的是我們必須要充分了解列印零件時所用材料的特性並正確選擇參數，因為這將避免列印過程中可能出現的問題，例如零件最終表面處理中的缺陷部分。通常，一旦我們有了成品零件，就需要進行某種後處理，例如最終加工。
在積層製造領域，現有製程有多種類型，基於融合技術的積層製造流程主要以採用雷射作為主要熱源以粉末床系統為中心。在這些工藝中，我們開發了 Meltio 工藝製程，金屬雷射線直接能量沉積。
此製程的特點是利用熱能熔化材料，透過噴嘴擠出，然後透過雷射沉積，從而逐層形成並彼此粘附。
列印頭通常有 3 到 5 個軸，甚至更多，具體取決於所使用的列印系統，必須移動以將其定位於沉積材料的表面上，其供料必須事先校準，讓金屬線絲有效熔化。雷射能量源會有效地熔化材料，當材料與表面接觸時凝固，形成所需的形狀。零件完全創建後，通常需要進行後處理和精加工製程，例如機械加工。
使用的材料是各種金屬的合金，以 Meltio 來講，根據列印系統，允許使用一種或最多四種不同的材料來創建零件。
Meltio 的積層製造比傳統的方法甚至比積層製造中最具創新性的方法（例如在製造金屬零件時使用粉末或 WAAM）具有更多優勢。 我們的技術在積層製造方面的主要優勢包括：
然而，如上所述，在 DED 製程中，有一些技術使用粉末來製造金屬零件，而不是線材雷射-DED (WL-DED)。在此過程中，有幾種技術被稱為粉末床融合和粉末 DED。
粉末技術受到以下現實的限制：沒有單一材料目錄包含您想要列印的所有材料，但 Meltio 技術並非如此。
Meltio 開發了一系列具有最佳性能和特性的材料，使要列印的零件具有出色的最終結果。 Meltio 開發的材料需要不斷改進，以改善現有的列印製程。同樣的，我們一直致力於推出經 Meltio 驗證的新材料。
以下列出的是 Meltio 開發的材料組合，它們在測試參數和特性的過程中非常成功。所有材料均以材料族群劃分。
在奧氏體不銹鋼系列中，我們已開發出以下產品：
316 不鏽鋼: 其特點是耐腐蝕和成本低。它是易於列印、高度耐腐蝕的最常使用的不銹鋼系列，具有良好的機械性能。從機械到食品加工的各種不同行業最常見。例如，它可以應用於孵化組件或食品攪拌機械等。
308 不鏽鋼: 其特點是耐腐蝕、成本低。 它是一種很流行的不銹鋼，具有與 316L 相似的機械性能，但在含鹽環境中的耐腐蝕性較差。也可用於 304 不銹鋼的修復和功能添加。全球供應充足。 應用案例如排氣集管。
在鎳基合金系列中，我們已開發出以下產品：
718 鎳基合金 – Ni718: 它的特點是耐腐蝕和高機械性能。 718 鎳基合金是一種高強度、耐腐蝕的鎳鉻材料，使用溫度為-252°C至705°C。導熱性差、韌性高和加工硬化傾向強，對其可加工性產生不利影響，為積層製造創造了非常好的使用案例。它具有良好的全球可用性和出色的列印性。 例如，它可以應用於燃氣渦輪機部件、高性能排氣部件和火箭室。
625 鎳基合金 – Ni625: 它的特點是耐腐蝕和高機械性能。 這是一種鎳基高溫合金，在較寬的溫度範圍內具有優異的機械性能。在高溫合金中，Ni625 具有優異的可焊性，使其成為高溫工作或需要增強腐蝕保護的零件的熔覆或修復的理想選擇。 它具有良好的全球可用性和出色的列印性。 例如，它可以應用於閥門零件航太排氣零件。
Invar鎳鐵合金 (殷鋼): 其特點是熱膨脹係數低、耐腐蝕。 鎳鐵合金具有極低的熱膨脹性，因此通常用於複合材料模具、低溫和高精度儀器儀表。它具有良好的材料可用性。例如，它可以應用於半導體外殼和複合模具。
在鈦合金系列中，我們已開發出以下產品：
64鈦/5級鈦合金 – Ti64: 它的特點是耐腐蝕和高機械性能。它具有高強度、耐腐蝕、耐斷裂和耐疲勞性，並且重量輕且具有生物相容性，使其成為使用最廣泛的鈦合金。使用 Meltio 系統可以很輕易地列印此材料，並且供貨良好。值得注意的重點是加工過程中的氧化，可以在 Meltio 材料資料表中查看。例如，它可以應用於航太、珠寶和運動器材中的高價值零部件。
在低碳鋼系列中，我們已開發出以下產品：
低碳鋼 ER70S-6: 其特點是價格便宜、易於加工。它是從製造到汽車等各種行業中最常見，低成本、易於焊接和加工的通用鋼材。比不銹鋼更難列印，因為它的合金含量低，吸收性差，需要更長的建造時間。全球供應量充足。例如，它可以應用於支架和金屬板製造的更換。
在工具鋼系列中，我們已開發出以下產品：
H11 工具鋼: 它的特點是高耐磨性和高機械性能。它採用空氣硬化鉻基高強度鋼合金。由於其出色的衝擊韌性，它是最常用的工具鋼之一。 H11 因其高強度而被回火至較低硬度，廣泛用於熱加工應用、模具製造和航太應用。由於列印件處於硬化狀態，需要進行熱處理和回火到所需的硬度。也用於熔覆/表面硬化應用。例如，它可以應用於熱作模具、成型和擠壓。
在沉澱硬化不銹鋼系列中，我們已開發出以下產品：
17-4PH 不鏽鋼: 它的特點是耐腐蝕和高機械性能。它採用馬氏體沉澱硬化不銹鋼，能夠實現高硬度和強度，同時提供出色的耐腐蝕性。它廣泛應用於石油和天然氣、航太、能源和國防工業。作為一種具有良好全球可用性的高性能合金，17-4PH 在列印時需要高熱量輸入，導致列印時間比其他不銹鋼慢。例如，它可以應用於受力機械零件、武器…但典型應用包括泵葉輪、管道和閥門。
下面列出了與 Meltio 技術相容的材料，並分為相對應的材料系列。
| 馬氏體不銹鋼 | 410 不鏽鋼 | 420 不鏽鋼 | |
| 奧氏體不銹鋼 | 307 不鏽鋼 | 309 不鏽鋼 | |
|
不鏽鋼系列 |
Nitronic 50 不鏽鋼 | ||
| 奧氏體鐵素體不銹鋼 |
Super Duplex 超級雙相不鏽鋼 |
||
| 工具鋼 | H12 | H13 | P20 |
| 低合金鋼 | AISI 4130 | AISI 8260 | |
| 鈦合金 | Ti Gr.5553 | Ti Gr.23 | |
| 鈷基合金 | Haynes 25 | ||
| 鎳基合金 | Nitinol | Hastelloy X | Monel K500 |
| 鈷基合金 | Stellite 6 | Haynes 25 | MP35N |
| 特殊鋼 | 鎢鋼 | ||
| 青銅 | Marine Bronze | Silicone Bronze | Bearing Bronze |
| 白合金 | Babbit – NB90 | ||
| 耐火金屬 | Nb | ||
| 銅合金 | CuCrZr | ||
| 鋁合金 | AL-6063 | AL-5158 | Scalmalloy |
| 貴金屬 | White Gold | Pure Gold |
總而言之，Meltio 提供了廣泛的材料選擇來充分利用 Meltio 技術，透過優化的列印參數檔來保證列印零件的良好屬性。
我們對創新和材料探索的承諾不斷發展出新的可能性並擴展 Meltio 技術的能力，為客戶提供多樣化的材料選擇和參數化，以滿足他們的積層製造需求。
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