Al 3104 Pulver ist ein Pulver aus einer Aluminiumlegierung, das in verschiedenen additiven Metallherstellungsverfahren wie dem Laser-Pulverbettschmelzen und dem Binder-Jetting verwendet wird. Es hat hervorragende mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Zu den wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen von Al 3104-Pulver gehören:
Al 3104 Pulvertypen und Eigenschaften
| Pulver Typ | Merkmale |
|---|---|
| Zerstäubtes Gas | Sphärische Morphologie, gute Fließfähigkeit, üblich für AM |
| Zerstäubtes Wasser | Unregelmäßige Form, Satellitenpartikel, billiger |
| Plasma zerstäubt | Sehr kugelförmig, glatte Oberfläche, ausgezeichneter Fluss |
Al 3104 Pulvergrößenbereich
| Größe des Pulvers | Typischer Bereich |
|---|---|
| Partikelgrößenverteilung | 15 - 45 Mikrometer |
| Mittlere Partikelgröße | 25-35 Mikrometer |
Al 3104 Pulver Anwendungen
| Anmeldung | Einzelheiten |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Motorenteile, strukturelle Komponenten |
| Automobilindustrie | Fahrgestell, Getriebeteile |
| Medizinische | Implantate, Prothetik |
| Konsumgüter | Sportgeräte, Elektronik |
Spezifikationen für Al 3104-Pulver
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Dichte | 2,73 g/cc |
| Schmelzpunkt | Etwa 615°C |
| Zusammensetzung | Al 97,5%, Mn 0,5-1,5%, Cu 0,8-1,3% |
| Durchflussmenge | >25 Sekunden für 50 g (Hall-Durchflussmesser) |
| Dichte des Gewindebohrers | >80% der theoretischen Dichte |
| Feuchtigkeitsgehalt | <0,2 wt% |
Al 3104 Pulver Lieferanten
| Anbieter | Standort | Preisspanne |
|---|---|---|
| AP&C | Kanada | $50-$150/kg |
| Schreiner | USA | $75-$200/kg |
| EOS | Deutschland | $100-$250/kg |
| LPW-Technologie | UK | $60-$180/kg |
Die Preisspanne hängt von der Bestellmenge und der geografischen Lage ab. Sonderlegierungen sind teurer.
Installation und Betrieb von Al 3104-Pulverdruckern
Die Installation, der Betrieb und die Nachbearbeitung hängen von dem verwendeten AM-Verfahren ab:
| Prozess | Installationsbedürfnisse | Operation | Nachbearbeitung |
|---|---|---|---|
| Bindemittelausstoß | Stabile Plattform, Auspuff, Software | Versuche zur Parameteroptimierung | Aushärtung, Sinterung, Infiltration |
| DED | Stromversorgung, Positionierungssystem, Gehäuse | Kalibrierung, Abstimmung der Gebäudeparameter | Schneiden, Bearbeiten, Wärmebehandlung |
| PBF | Laserausrüstung, Kammer, Siebsystem | Parameterauswahl, Optimierung | Unterstützung beim Abbau, Stressabbau, heiße Iso |
Al 3104 Pulverdrucker Wartung
| Tätigkeit | Frequenz | Einzelheiten |
|---|---|---|
| Lagerung | Immer | In verschlossenen Behältern kühl und trocken lagern |
| Siebung | Vor der Wiederverwendung | 150-250 Mikron Maschenweite zur Entfernung großer Partikel |
| Mischen | Nach Bedarf | Homogenisierung und Beseitigung der Segregation |
| Pulver-Recycling | Bis zu 10 Mal | Wiederverwendung gemischt mit Frischpulver für gleichbleibende Qualität |
Die Wahl des richtigen Herstellers von Al 3104-Pulver
Bei der Auswahl eines Lieferanten für Al 3104-Pulver sollten Sie die folgenden Kriterien berücksichtigen:
- Aufzeichnungen zur Qualitätskontrolle und Konsistenz der Pulvermorphologie und -zusammensetzung
- Technisches Fachwissen und Kundendienst im Zusammenhang mit Metal AM
- Fähigkeit zur Anpassung von Legierungen und zur Durchführung von Qualitätsprüfungen
- Umfang der Produktionskapazität und Vorlaufzeiten
- Wettbewerbsfähige Preise und Mindestbestellmengen
- Ansehen und Erfahrung in der AM-Industrie
- Nähe und Logistik für Transport und Versand
Vor- und Nachteile der Verwendung von Al 3104-Pulver
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| Ausgezeichnetes Verhältnis von Stärke zu Gewicht | Niedrigere Höchsttemperatur als bei Stahllegierungen |
| Gute Korrosionsbeständigkeit | Nachbearbeitung kann Eigenschaften verändern |
| schweißbar durch Schmelzschweißen | Bei AM-Aufbauten können Porositätsfehler auftreten |
| Vergleichsweise billiger als Titanlegierungen | Geringere Härte und Verschleißfestigkeit als Stähle |
| Leicht erhältlich bei einer Reihe von Anbietern | Recycling kann im Laufe der Zeit zu Verunreinigungen führen |
Anwendungen von Al 3104-Pulver in der additiven Fertigung
Al 3104 wird üblicherweise für den 3D-Druck von Komponenten verwendet:
- Luft- und Raumfahrt: Motorhalterungen, Hydraulikverteiler, UAV-Teile
- Automobilindustrie: Bremsscheiben, Komponenten für den Antriebsstrang, Fahrwerksteile
- Industriell: Roboterarme, Schablonen, Vorrichtungen, Prozessausrüstung
- Architektur: Dekorative Gitterstrukturen, Verkleidungsplatten
- Medizinisch: Zahnkronen, Schädelimplantate, Prothetik
- Verbraucher: Elektronikgehäuse, Sportartikel, Drohnengehäuse
Dank seiner ausgezeichneten Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit eignet sich Al 3104 für anspruchsvolle Anwendungen in verschiedenen Branchen. Teile können mit leichten Gitterkonstruktionen optimiert werden. Das Material ist billiger als exotische Legierungen für Prototypen.
Al 3104 Pulver-Zusammensetzung
Die typische Zusammensetzung von Al 3104-Pulver, das für AM verwendet wird, ist:
- Aluminium: 97,5 %
- Mangan: 0,5 - 1,5%
- Kupfer: 0,8 - 1,3%
Mangan erhöht die Festigkeit durch Mischkristallverfestigung. Kupfer verbessert die Bearbeitbarkeit. Andere Legierungselemente wie Magnesium, Silizium, Zink und Titan können ebenfalls in Spuren vorhanden sein. Die Pulverhersteller achten auf eine strenge Kontrolle der Zusammensetzung, um gleichbleibende Eigenschaften zu gewährleisten.
Wie Legierungselemente die Eigenschaften von Al 3104 beeinflussen
Legierungselemente in Al 3104-Pulver beeinflussen die Mikrostruktur und die Eigenschaften bei der Verarbeitung durch AM:
- Mangan erhöht die Streckgrenze und die Härte durch Mischkristallverfestigung. Es verbessert auch die Verarbeitbarkeit.
- Kupfer erhöht die Festigkeit und erleichtert die Wärmebehandlung durch Ausscheidungshärtung. Es senkt die Korrosionsbeständigkeit geringfügig.
- Magnesium steuert die Alterungskinetik während der künstlichen Alterung und erhöht die Festigkeit. Es unterstützt auch die Schweißbarkeit.
- Silizium modifiziert die eutektische Phase und verbessert die Fließfähigkeit beim Schmelzschweißen. Es verursacht Versprödung, wenn es in größeren Mengen vorhanden ist.
Mikrostruktur von as-gedruckten Al 3104 Teilen
Das Mikrogefüge von Al 3104-Teilen, die mit PBF-Verfahren wie DMLS und SLM gedruckt wurden, besteht aus:
- Feinzellige Subkornstruktur aus schneller Erstarrung und epitaktischem Wachstum
- Kleine gleichachsige Körner im Inneren von Schmelzbecken, umgeben von säulenförmigen Körnern
- Hohe Versetzungsdichte und elementare Entmischung entlang der Zellgrenzen
- Ausfällung von Legierungselementen wie CuAl2 und Al-Mn-Phasen
- Fehlende langfristige Ordnung aufgrund von Nicht-Gleichgewichts-Erstarrung
Nachbearbeitungen wie heißisostatisches Pressen und Wärmebehandlung können die Kornstruktur und die Verteilung der Legierungselemente erheblich verändern.
Wie die Partikelform die Leistung von Al 3104-Pulver beeinflusst
- Sphärische Partikel mit glatter Oberflächenmorphologie weisen eine gute Fließfähigkeit, Verteilbarkeit und Packungsdichte auf. Dies führt zu einer gleichmäßigen Schichtdicke und einem gleichmäßigen Schmelzen.
- Unregelmäßige Pulverpartikel mit Satellitenbildung haben eine schlechtere Fließgeschwindigkeit. Dies führt zu Streuverlusten bei der Abscheidung und unsachgemäßem Schmelzen.
- Eine Partikelgrößenverteilung mit einer Mischung aus feinen und groben Partikeln verringert das Einschließen von ungeschmolzenen Pulvern. Breitere Verteilungen über 30 Mikrometer können eine schlechte Oberflächenqualität verursachen.
- Bis zu 10-mal bessere Rezyklierbarkeit des Pulvers bei kugelförmigen Al 3104-Partikeln im Vergleich zu unregelmäßigen Formen, die dazu neigen, Verunreinigungen anzusammeln und sich bei der Wiederverwendung zu verformen.
Kritische Prozessparameter für Al 3104 Pulverbett AM
| Parameter | Typischer Bereich | Auswirkungen |
|---|---|---|
| Schichtdicke | 20 - 50 μm | Auflösung, Bauzeit, Pulverkonsolidierung |
| Laserleistung | 100 - 500 W | Energieaufwand, Schmelzen, Defekte |
| Scan-Geschwindigkeit | 500 - 2500 mm/s | Erstarrungskinetik, Porosität |
| Abstand zwischen den Luken | 0,08 - 0,12 mm | Bindung zwischen Spuren, Dichte |
| Versatz zwischen Schichten | ~50% der Schichtdicke | Bindungsstärke zwischen den Schichten |
Nachbearbeitungsmethoden für Al 3104 AM-Teile
Die Nachbearbeitung dient dazu, Spannungen abzubauen, die Eigenschaften zu verbessern und die Maßhaltigkeit von Al 3104 AM-Teilen zu erreichen:
| Methode | Zweck | Verfahren |
|---|---|---|
| Heißisostatisches Pressen | Porosität schließen, Struktur verfeinern | Erhitzen unter Druck bei 550°C |
| Behandlung der Lösung | Ausfällungen auflösen | Eintauchen bei 520°C, schnelles Abschrecken |
| Künstliche Alterung | Aushärtung durch Niederschlag | Erhitzen auf 170°C, 10 Stunden halten |
| T6-Wärmebehandlung | Stärke maximieren | Lösungsbehandlung, Abschrecken, künstliche Alterung |
| Oberflächenbehandlung | Verbesserung der Oberflächengüte | Sandstrahlen, Glasperlenstrahlen, CNC-Polieren |
FAQs
F: Welche Partikelgröße wird für Al 3104-Pulver in AM empfohlen?
A: Ein Partikelgrößenbereich von 15-45 Mikrometern mit einem Mittelwert von 25-35 Mikrometern ist typisch für Al 3104-Pulver, die in der additiven Fertigung verwendet werden. Dies sorgt für eine gute Packung und Fließfähigkeit.
F: Kann man Al 3104 mit Desktop-Metalldruckern 3D-drucken?
A: Ja, Al 3104-Pulver kann mit Desktop-Binder-Jetting- und PBF-Systemen verwendet werden, sofern sie die Spezifikationen wie Durchflussmenge, Dichte, Partikelgrößenverteilung usw. erfüllen. Es müssen geeignete Druckparameter entwickelt werden.
F: Wie sind die mechanischen Eigenschaften von Teilen aus Al 3104, wie sie gedruckt werden?
A: Im unbedruckten Zustand haben Al 3104-Teile in der Regel eine Zugfestigkeit von 300-350 MPa, eine Streckgrenze von 220-270 MPa, eine Dehnung von 5-8% und eine Härte von etwa 80 HB. Die Eigenschaften können durch Wärmebehandlung weiter verbessert werden.
F: Muss Al 3104-Pulver nach AM heißisostatisch gepresst werden?
A: HIP hilft, innere Hohlräume und Poren in Al 3104-Teilen zu schließen, die mit PBF-Verfahren gedruckt wurden. Es mildert auch Eigenspannungen. HIP wird für ermüdungskritische Anwendungen empfohlen. Für nicht kritische Anwendungen kann es optional sein.
F: Kann man Al 3104 AM-Teile durch Schmelzschweißen schweißen?
A: Ja, Al 3104 lässt sich mit Verfahren wie MIG-, WIG- und Laserschweißen sehr gut schweißen. Es muss darauf geachtet werden, dass Erstarrungsrisse vermieden werden, indem die Wärmezufuhr kontrolliert und ein Schweißzusatzwerkstoff verwendet wird. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann Spannungen abbauen.
F: Wie lange kann unbenutztes Al 3104-Pulver für AM gelagert werden?
A: Unbenutztes Al 3104-Pulver kann in ordnungsgemäß verschlossenen Behältern unter kühlen, trockenen Lagerbedingungen bis zu 1 Jahr lang gelagert werden, wobei Fließfähigkeit und Eigenschaften erhalten bleiben. Eine längere Lagerung kann zu Oxidation und Anbackungen führen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Al 3104 aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften, Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und seines Kostenvorteils gegenüber exotischen Legierungen ein hervorragendes Aluminiumlegierungspulver für anspruchsvolle additive Fertigungsanwendungen in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Industrie und Medizin ist. Die richtige Charakterisierung des Pulvers, die Parameter des AM-Prozesses und die Nachbearbeitung sind der Schlüssel zum Erreichen der vollen Materialfähigkeiten für komplexe gedruckte Teile mit dieser Legierung.
