Aditivní výroba kovů (MAM)

Aditivní výroba kovů (MAM) mění výrobní prostředí tím, že umožňuje výrobu složitých, vysoce výkonných kovových dílů s bezkonkurenční přesností a efektivitou. V tomto obsáhlém průvodci pronikneme do složitostí MAM, prozkoumáme různé používané kovové prášky, jejich vlastnosti, aplikace a výhody a omezení této převratné technologie.

Přehled aditivní výroby kovů

Aditivní výroba kovů, běžně známá jako 3D tisk kovů, je proces, který vytváří kovové díly vrstvu po vrstvě přímo z digitálního modelu. Na rozdíl od tradiční subtraktivní výroby, při níž se při vytváření dílu odebírá materiál, se při MAM přidává materiál pouze tam, kde je to potřeba. Tento proces nejen snižuje množství odpadu, ale také umožňuje vytvářet složité geometrie, jejichž výroba běžnými metodami by byla nemožná nebo neúměrně drahá.

Klíčové podrobnosti o aditivní výrobě kovů

• Proces: Výroba kovových dílů z digitálního modelu po vrstvách
• Materiály: Různé kovové prášky včetně nerezové oceli, titanu, hliníku, kobaltu a chromu a dalších.
• APLIKACE: Letecký, automobilový, lékařský, zubní, průmyslový a spotřebitelský průmysl.
• Výhody: flexibilita designu, snížení plýtvání materiálem, rychlá výroba prototypů a výroba složitých geometrií.

Typy kovových prášků používaných v MAM

Výběr kovového prášku je v MAM klíčový, protože přímo ovlivňuje vlastnosti a výkonnost konečného výrobku. Níže uvádíme podrobný přehled některých nejčastěji používaných kovových prášků v MAM.

Podrobný popis konkrétních modelů kovových prášků

Kovový prášek	Kompozice	Vlastnosti	APLIKACE
Nerezová ocel (316L)	Železo, chrom, nikl, molybden	Odolnost proti korozi, vysoká pevnost, tažnost	lékařské implantáty, automobilové díly, zařízení pro zpracování potravin
Titan (Ti-6Al-4V)	Titan, hliník, vanad	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, odolnost proti korozi, biokompatibilita	Letecké komponenty, lékařské implantáty, vysoce výkonné automobilové díly.
Hliník (AlSi10Mg)	Hliník, křemík, hořčík	Lehký, dobrá tepelná vodivost, odolnost proti korozi	Letecké díly, automobilové komponenty, lehké konstrukce
Kobalt-chrom (CoCrMo)	Kobalt, chrom, molybden	odolnost proti opotřebení, vysoká pevnost, biokompatibilita	Zubní implantáty, ortopedické implantáty, lopatky turbín
Inconel (IN718)	Nikl, chrom, železo, molybden	Odolnost proti vysokým teplotám, odolnost proti korozi, vysoká pevnost	Letecké díly, plynové turbíny, vysokoteplotní aplikace
Nástrojová ocel (H13)	Železo, chrom, molybden, vanad	Vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti tepelné únavě	Nástroje, formy, zápustky, vysoce namáhané součásti
Měď (Cu)	Čistá měď	Vynikající tepelná a elektrická vodivost, antimikrobiální vlastnosti	Výměníky tepla, elektrické komponenty, vodovodní armatury
Maraging Steel (MS1)	Železo, nikl, kobalt, molybden	Velmi vysoká pevnost, dobrá houževnatost, obrobitelnost	Nástroje pro letectví a kosmonautiku, vysoce výkonné strojírenské díly, zápustky
Slitina niklu (Hastelloy X)	Nikl, chrom, železo, molybden	Vysoká teplotní a korozní odolnost, pevnost	Letecké komponenty, chemické zpracování, průmyslové aplikace
Bronz (CuSn10)	Měď, cín	Vysoká pevnost, odolnost proti korozi, dobrá obrobitelnost	Dekorativní předměty, ložiska, pouzdra, lodní kování

Složení Aditivní výroba kovů (MAM)

Složení kovových prášků používaných v MAM je přizpůsobeno specifickým požadavkům zamýšlené aplikace. Každý model kovového prášku má jedinečné vlastnosti, díky nimž je vhodný pro určité prostředí a namáhání.

Klíčové atributy složení

• Nerezová ocel (316L): Skládá se ze železa s příměsí chromu, niklu a molybdenu, které zvyšují jeho odolnost proti korozi a pevnost.
• Titan (Ti-6Al-4V): Směs titanu, hliníku a vanadu, která nabízí vynikající poměr pevnosti a hmotnosti a biokompatibilitu.
• Hliník (AlSi10Mg): Obsahuje hliník, křemík a hořčík pro nízkou hmotnost a dobrou tepelnou vodivost.
• Kobalt-chrom (CoCrMo): Vyrobeno z kobaltu, chromu a molybdenu, známé svou odolností proti opotřebení a vysokou pevností.
• Inconel (IN718): Superslitina složená z niklu, chromu, železa a molybdenu, která je odolná proti vysokým teplotám a korozi.
• Nástrojová ocel (H13): Skládá se ze železa, chromu, molybdenu a vanadu a poskytuje vysokou tvrdost a odolnost proti tepelné únavě.
• Měď (Cu): Čistá měď je známá svou vynikající tepelnou a elektrickou vodivostí.
• Maraging Steel (MS1): Skládá se ze železa, niklu, kobaltu a molybdenu a nabízí mimořádně vysokou pevnost a houževnatost.
• Slitina niklu (Hastelloy X): Obsahuje nikl, chrom, železo a molybden, ideální pro vysoké teploty a korozivní prostředí.
• Bronz (CuSn10): Směs mědi a cínu, která poskytuje dobrou pevnost a odolnost proti korozi.

Charakteristika aditivní výroby kovů (MAM)

Pochopení vlastností MAM pomáhá při výběru správného materiálu a procesu pro konkrétní aplikace. Zde jsou některé z klíčových vlastností:

Klíčové charakteristiky

• Složité geometrie: Schopnost vytvářet složité a komplexní tvary, které jsou tradičními metodami obtížné nebo nemožné.
• Efektivita materiálu: Minimalizuje odpad tím, že používá pouze materiál potřebný k výrobě dílu.
• Přizpůsobení: Umožňuje výrobu dílů na míru podle konkrétních potřeb.
• Zkrácení dodacích lhůt: Rychlá výroba prototypů a kratší výrobní cykly ve srovnání s tradiční výrobou.
• Lehké konstrukce: Schopnost vytvářet lehké a přitom pevné konstrukce, což je výhodné zejména v leteckém a automobilovém průmyslu.

Aplikace Aditivní výroba kovů (MAM)

Všestrannost MAM vedla k jejímu přijetí v různých odvětvích. Níže je uvedena tabulka shrnující některé z klíčových aplikací MAM:

Aplikace aditivní výroby kovů

Průmysl	APLIKACE
Letectví a kosmonautika	Lopatky turbín, konstrukční součásti, části motorů, palivové trysky
Automotivní	Součásti motorů, lehké konstrukce, zakázkové díly, nástroje
Medical	Implantáty (zubní, ortopedické), chirurgické nástroje, protetika
Zubní lékařství	Korunky, můstky, zubní náhrady, ortodontické pomůcky
Průmyslový	Nástroje, formy, zápustky, náhradní díly
Spotřební zboží	Šperky, brýle, módní doplňky, zboží na míru
Energie	Výměníky tepla, součásti turbín, potrubní systémy
Obrana	Součásti zbraní, pancéřové díly, letecké díly

Třídy a normy pro aditivní výrobu kovů (MAM)

Různá průmyslová odvětví vyžadují dodržování specifických norem a tříd, aby byla zajištěna kvalita a výkonnost vyráběných dílů. Zde je přehled tříd a norem, které jsou běžně spojeny s MAM:

Třídy a normy v aditivní výrobě kovů

Materiál	Stupeň/standard	Popis
Nerezová ocel (316L)	ASTM F138, ISO 5832-1	Normy pro chirurgické implantáty
Titan (Ti-6Al-4V)	ASTM F136, ISO 5832-3	Normy pro lékařské implantáty
Hliník (AlSi10Mg)	AMS 4289, ISO 3522	Letecké a automobilové normy
Kobalt-chrom (CoCrMo)	ASTM F75, ISO 5832-4	Normy pro zubní a ortopedické implantáty
Inconel (IN718)	AMS 5662, ASTM B637	Letecké a vysokoteplotní normy
Nástrojová ocel (H13)	ASTM A681, ISO 4957	Normy pro nástroje a formy
Měď (Cu)	ASTM B152, EN 1652	Normy pro elektrické a tepelné aplikace
Maraging Steel (MS1)	AMS 6512, ASTM A538	Normy pro vysokopevnostní aplikace
Slitina niklu (Hastelloy X)	ASTM B435, AMS 5536	Normy pro vysokoteplotní a korozivní prostředí
Bronz (CuSn10)	ASTM B505, EN 1982	Normy pro ložiska a pouzdra

Dodavatelé a ceny kovových prášků

Výběr správného dodavatele je rozhodující pro zajištění kvality a konzistence kovových prášků používaných v MAM. Zde je tabulka, která upozorňuje na některé z nejlepších dodavatelů a jejich cenové údaje:

Nejlepší dodavatelé a podrobnosti o cenách kovových prášků

Dodavatel	Kovový prášek	Cena (za kg)	Poznámky
EOS	Nerezová ocel (316L)	$120 – $150	Vysoce kvalitní prášky pro průmyslové použití
Carpenter Additive	Titan (Ti-6Al-4V)	$300 – $400	Letecká a lékařská kvalita
Höganäs	Hliník (AlSi10Mg)	$60 – $80	Nákladově efektivní pro lehké konstrukce
Sandvik	Kobalt-chrom (CoCrMo)	$200 – $250	Prémiová třída pro lékařské aplikace
Oerlikon	Inconel (IN718)	$350 – $450	Prášky odolné vůči vysokým teplotám
Renishaw	Nástrojová ocel (H13)	$80 – $100	Vhodné pro nástroje a vysoce namáhané díly
Přísady GKN	Měď (Cu)	$50 – $70	Čistá měď pro tepelné a elektrické aplikace
BASF	Maraging Steel (MS1)	$250 – $300	Velmi vysoká pevnost pro strojírenské díly
Aperam	Slitina niklu (Hastelloy X)	$400 – $500	Ideální pro korozivní prostředí a prostředí s vysokými teplotami
Materia Srl	Bronz (CuSn10)	$70 – $90	Vysoká pevnost a odolnost proti korozi

Výhody a omezení Aditivní výroba kovů (MAM)

Přestože MAM nabízí řadu výhod, přináší s sebou i řadu problémů. Zde je srovnání výhod a omezení MAM:

Srovnání výhod a omezení aditivní výroby kovů

Aspekt	Výhody	Omezení
Flexibilita designu	Schopnost vytvářet složité geometrie a díly na míru	Návrh pro aditivní výrobu vyžaduje nové dovednosti a přístupy
Efektivita materiálu	Minimální množství odpadu, efektivní využití materiálů	Vysoké náklady na kovové prášky
Rychlost výroby	Rychlá výroba prototypů a kratší dodací lhůty	Nižší rychlost výroby velkých dávek
Výkonnostní část	Vysoce výkonné díly s vynikajícími vlastnostmi	Často je nutné následné zpracování povrchu a mechanických vlastností.
Cena	Nákladově efektivní pro malé série a složité díly	Vysoké počáteční investice do vybavení a technologií
Udržitelnost	Snížení množství odpadu, možnost recyklace nepoužitého prášku	Energeticky náročný proces
Všestrannost	Použitelné v různých odvětvích	Omezeno velikostí stavební komory

Podrobný pohled na modely s kovovým práškem

Nerezová ocel (316L)

Nerezová ocel 316L je jedním z nejoblíbenějších kovových prášků používaných v MAM díky své vynikající odolnosti proti korozi, vysoké pevnosti a tažnosti. Tento materiál je ideální pro lékařské implantáty, automobilové díly a potravinářská zařízení. Jeho složení zahrnuje železo, chrom, nikl a molybden, což zajišťuje rovnováhu mechanických vlastností a odolnosti proti korozi.

Titan (Ti-6Al-4V)

Titan Ti-6Al-4V je proslulý svým vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti, což z něj činí preferovanou volbu pro letecké a lékařské aplikace. Díky své biokompatibilitě je vhodný i pro implantáty. Tato slitina se skládá z titanu, hliníku a vanadu a nabízí kombinaci pevnosti, lehkosti a odolnosti proti korozi.

Hliník (AlSi10Mg)

Hliník AlSi10Mg je ceněn pro svou nízkou hmotnost a dobrou tepelnou vodivost. Tento materiál se široce používá v leteckém a automobilovém průmyslu k výrobě lehkých konstrukcí. Slitina obsahuje hliník, křemík a hořčík, které zlepšují její mechanické vlastnosti a odolnost vůči tepelnému namáhání.

Kobalt-chrom (CoCrMo)

Kobalt-chrom CoCrMo je známý svou odolností proti opotřebení a vysokou pevností, díky čemuž je vhodný pro zubní a ortopedické implantáty. Tento materiál se skládá z kobaltu, chromu a molybdenu, což zajišťuje vynikající biokompatibilitu a mechanické vlastnosti potřebné pro lékařské aplikace.

Inconel (IN718)

Inconel IN718 je nikl-chromová superslitina, která se vyznačuje vysokou teplotní a korozní odolností. Tento materiál se běžně používá v leteckém průmyslu, plynových turbínách a dalších vysokoteplotních aplikacích. Jeho složení zahrnuje nikl, chrom, železo a molybden, což zajišťuje vynikající výkon v extrémních prostředích.

Nástrojová ocel (H13)

Nástrojová ocel H13 je navržena pro vysokou tvrdost a odolnost proti tepelné únavě, takže je ideální pro nástroje, formy a zápustky. Tento materiál se skládá ze železa, chromu, molybdenu a vanadu, což zajišťuje potřebné vlastnosti pro aplikace s vysokým namáháním.

Měď (Cu)

Měď je ceněna pro svou vynikající tepelnou a elektrickou vodivost. Tento materiál se používá ve výměnících tepla, elektrických součástkách a vodovodních armaturách. Čistá měď nabízí vynikající vodivost a antimikrobiální vlastnosti, díky čemuž je vhodná pro různé průmyslové aplikace.

Maraging Steel (MS1)

Maraging Steel MS1 je známá pro svou mimořádně vysokou pevnost a dobrou houževnatost. Tento materiál se běžně používá v leteckých nástrojích, vysoce výkonných strojírenských dílech a zápustkách. Jeho složení zahrnuje železo, nikl, kobalt a molybden, což zajišťuje výjimečné mechanické vlastnosti.

Slitina niklu (Hastelloy X)

Niklová slitina Hastelloy X je určena pro vysoké teploty a korozivní prostředí. Tento materiál se používá v letectví, chemickém průmyslu a průmyslových aplikacích. Její složení z niklu, chromu, železa a molybdenu zajišťuje vynikající výkon v náročných podmínkách.

Bronz (CuSn10)

Bronz CuSn10 je známý svou vysokou pevností a odolností proti korozi. Tento materiál se používá v dekorativních předmětech, ložiscích, pouzdrech a lodním kování. Slitina obsahuje měď a cín, což zajišťuje rovnováhu mechanických vlastností a obrobitelnosti.

Porovnání kovových prášků pro MAM

Abychom vám pomohli vybrat ten správný kovový prášek pro vaši aplikaci, přinášíme srovnání jejich klíčových vlastností a výkonu:

Srovnání kovových prášků pro MAM

Nemovitost	Nerezová ocel (316L)	Titan (Ti-6Al-4V)	Hliník (AlSi10Mg)	Kobalt-chrom (CoCrMo)	Inconel (IN718)	Nástrojová ocel (H13)	Měď (Cu)	Maraging Steel (MS1)	Slitina niklu (Hastelloy X)	Bronz (CuSn10)
Síla	Vysoká	Velmi vysoký	Střední	Vysoká	Velmi vysoký	Velmi vysoký	Střední	Ultra-vysoký	Vysoká	Vysoká
Hmotnost	Střední	Nízký	Velmi nízká	Střední	Vysoká	Vysoká	Střední	Vysoká	Vysoká	Střední
Odolnost proti korozi	Vysoká	Vysoká	Střední	Velmi vysoký	Velmi vysoký	Střední	Nízký	Střední	Velmi vysoký	Vysoká
Teplotní odolnost	Střední	Vysoká	Střední	Střední	Velmi vysoký	Vysoká	Nízký	Střední	Velmi vysoký	Střední
Měrná vodivost	Nízký	Nízký	Střední	Nízký	Nízký	Nízký	Velmi vysoký	Nízký	Nízký	Střední
biokompatibilita	Vysoká	Velmi vysoký	Střední	Velmi vysoký	Střední	Nízký	Nízký	Nízký	Nízký	Střední

Případové studie a příklady z praxe

Letecký průmysl

V leteckém průmyslu přinesla technologie MAM revoluci ve výrobě složitých součástí, jako jsou lopatky turbín a palivové trysky. Například společnost GE Aviation používá MAM k výrobě palivových trysek pro své proudové motory LEAP, které jsou 25% lehčí a pětkrát odolnější než běžně vyráběné trysky.

Lékařská oblast

V oblasti medicíny umožňuje MAM výrobu implantátů na míru jednotlivým pacientům. Společnost Stryker, přední výrobce lékařských přístrojů, používá MAM k výrobě titanových páteřních implantátů, které odpovídají anatomii pacienta a zlepšují jeho přizpůsobení a výkon.

Automobilový průmysl

V automobilovém průmyslu se MAM používá k výrobě lehkých a vysoce výkonných dílů. Výrobce luxusních automobilů Bugatti používá MAM k výrobě titanových brzdových třmenů, které jsou o 40% lehčí než tradiční třmeny, což zvyšuje výkon vozu.

Budoucí trendy v aditivní výrobě kovů

Větší rozšíření v různých odvětvích

S rozvojem technologií a snižováním nákladů lze očekávat větší rozšíření MAM v různých odvětvích. Tento trend bude vyvolán potřebou vysoce výkonných dílů na míru a snahou snížit plýtvání materiálem a výrobní časy.

Pokroky v oblasti kovových prášků

Probíhající výzkum a vývoj v oblasti kovových prášků povede k novým materiálům se zlepšenými vlastnostmi, což rozšíří spektrum aplikací MAM. Například vývoj slitin s vysokou entropií by mohl nabídnout vyšší pevnost a odolnost proti korozi.

Integrace s dalšími technologiemi

Integrace MAM s dalšími pokročilými výrobními technologiemi, jako je umělá inteligence a internet věcí, dále posílí její schopnosti. Umělá inteligence může například optimalizovat proces návrhu a výroby, zatímco internet věcí může poskytovat monitorování a zpětnou vazbu v reálném čase.

Časté dotazy

Otázka	Odpověď
Co je aditivní výroba kovů (MAM)?	MAM je proces, při kterém se kovové díly vytvářejí vrstvu po vrstvě z digitálního modelu pomocí kovových prášků.
Jaké jsou výhody MAM?	Mezi výhody patří flexibilita konstrukce, snížení plýtvání materiálem, rychlá výroba prototypů a schopnost vyrábět složité geometrie.
Jaké materiály se používají v MAM?	Mezi běžné materiály patří nerezová ocel, titan, hliník, kobalt-chrom a další.
Jaká odvětví používají MAM?	Mezi odvětví patří letecký, automobilový, lékařský, zubní, průmyslový a spotřebitelský průmysl.
Jaká jsou omezení MAM?	Mezi omezení patří vysoká cena kovových prášků, nižší rychlost výroby velkých dávek a nutnost následného zpracování.
Jak si MAM stojí v porovnání s tradiční výrobou?	MAM nabízí větší flexibilitu konstrukce a efektivitu materiálu, ale může být dražší a pomalejší pro velkosériovou výrobu.
Jaká je budoucnost společnosti MAM?	Budoucnost MAM zahrnuje větší rozšíření, pokrok v oblasti kovových prášků a integraci s umělou inteligencí a internetem věcí.

Znát další procesy 3D tisku