美奥本大学与EOS深入研究3D打印铝合金部件的结构完整性

所研究铝合金的成分组成

五种铝合金粉末3D打印之后的SEM图像

铝合金在增材制造应用中的兴起

随着金属3D打印技术迅速成为汽车、国防和医疗保健等行业的战略应用技术，新材料创新不断涌现。尤其是铝合金，凭借高强度重量比、淬透性和出色耐腐蚀性的特点，使其成为航空航天和赛车运动领域各种应用的首选。

然而，奥本大学的研究人员表示，3D打印铝合金通常比其他材料更具挑战性。此类材料粉末颗粒轻、流动性差、易吸潮、导热性高，且极易氧化，这一系列问题增加了3D打印铝合金出现缺陷的风险——这些问题对任何材料的机械性能（尤其是疲劳性能）都是有害的。3D打印技术参考也曾在《制约铝合金3D打印应用的六大因素及国内外高强铝合金的商用进展》中进行了详细解读（链接http://amreference.com/?p=6566）。

当前已经证明，零件的构建方向是产生缺陷的类型、大小和频率的主要影响因素。这归因于不同构建方向下零件经历的热历史变化，因此有必要评估构建方向如何影响3D打印铝合金部件的疲劳行为。

由 Scalmalloy 制造的空气动力学赛车小翼

构建方向对结构完整性的影响

该研究在垂直和水平方向上3D打印了AlSi10Mg、Scalmalloy、QuesTek Al、AD1和AlF357样品。

首先，构建取向对铝合金部件的晶粒结构没有显著影响。然而，构建方向对缺陷具有明显的影响，水平试样的体积缺陷水平比垂直试样高得多。Scalmalloy 和AD1在垂直和水平构造方向之间的缺陷密度变化最小，这是由于这两种合金的热导率相对较低所致。

不同铝合金3D打印完成之后的热处理条件

LB-PBF铝合金的拉伸性能

将这些合金相互比较，无论构建方向如何，AD1铝合金在疲劳性能方面都优于AlSi10Mg、QuesTek Al和Al F357。这是由于AD1较低的缺陷密度、较高的拉伸强度和较高的伸长率所导致的结果。虽然水平方向构建的Scalmalloy零件的疲劳性能略低于水平方向AD1零件，但两种合金的垂直试样的疲劳寿命相当。

该研究总结道：“虽然这项研究并未提供整体疲劳性能，但五种不同方向制造的LB-PBF铝合金所得到的数据和知识可以帮助用户选择合适的铝合金种类。

五种合金水平结构的孔隙率明显高于垂直结构

END

根据SmarTech的介绍，铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量（按体积计算）将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料，成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。

更多内容客查询文章《Structural integrity of additively manufactured aluminum alloys: Effects of build orientation on microstructure, porosity, and fatigue behavior》，也可在QQ群下载。