إذا كنت مهندس منتج أو أخصائي شراء يعمل على تطبيقات درجات حرارة عالية-مثل مكونات الفضاء الجوي أو الأدوات الصناعية-يمكن أن تكون مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد خاطئة كارثية. قد تذوب الأجزاء, الاعوجاج, أو تفشل تحت الحرارة, مما يؤدي إلى تأخير المشروع وإعادة صياغة مكلفة. هذا الدليل يبسط مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المقاومة للحرارة اختيار: سنقوم بتفكيك الخيارات العليا حسب النوع, مشاركة حالات استخدام العالم الحقيقي, واعطيك بيانات لاختيار المواد المناسبة لاحتياجاتك ذات درجة حرارة عالية.
ما هي مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المقاومة للحرارة?
مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المقاومة للحرارة هي البوليمرات, المعادن, أو السبائك التي تحافظ على قوتها, شكل, والأداء في بيئات درجات الحرارة العالية (عادة أعلى من 100 درجة مئوية). على عكس المواد البلاستيكية للطباعة ثلاثية الأبعاد القياسية (مثل جيش التحرير الشعبى الصينى, الذي يخفف عند 60 درجة مئوية), تم تصميم هذه المواد للتعامل مع الحرارة الشديدة - مما يجعلها ضرورية للصناعات مثل الفضاء, السيارات, طبي, والنفط/الغاز.
تحدد مواصفتان رئيسيتان مقاومة للحرارة للمادة:
- نقطة الانصهار: درجة الحرارة التي تتحول فيها المادة من الصلبة إلى السائل.
- درجة حرارة الانتقال الزجاجي (TG): درجة الحرارة التي تصبح فيها البوليمر ناعمة ومرنة (حاسمة للمواد البلاستيكية).
على سبيل المثال, جزء يستخدم في محرك السيارة (التي تصل إلى 150 درجة مئوية) يحتاج إلى مادة مع TG أو نقطة انصهار أعلى بكثير - وإلا, ستفقد شكلها.
أعلى مواد طباعة ثلاثية الأبعاد مقاومة للحرارة (حسب النوع)
تنقسم المواد المقاومة للحرارة في فئتين رئيسيتين: البوليمرات (البلاستيك) و المعادن/السبائك. لكل منها نقاط قوة فريدة, ويعتمد الاختيار الصحيح على درجة حرارة التطبيق, ميزانية, واحتياجات الأداء.
1. البوليمرات المقاومة للحرارة (تقنية FDM)
البوليمرات مثالية للتطبيقات ذات درجة حرارة منخفضة إلى معتدلة (100درجة مئوية - 300 درجة مئوية) وغالبا ما تستخدم مع تصالب ترسب تنصهر (FDM)- طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد التي تذوب طبقة خيوط بلاستيكية تلو الأخرى. إنها أخف وزنا وأرخص من المعادن ولكن لا يمكنها التعامل مع الحرارة الشديدة (فوق 300 درجة مئوية).
البوليمرات المقاومة للحرارة الرئيسية ل FDM
| مادة | نقطة الانصهار | درجة حرارة الانتقال الزجاجي (TG) | قوة الشد | الميزات الرئيسية | حالات الاستخدام المثالية | سعر غرام (يوان صيني) |
| القيمة المطلقة | 200درجة مئوية | 105درجة مئوية | 42.5-44.8 ميجا باسكال | المقاومة الكيميائية, مقاومة التأثير | تصريف العلب الأنابيب, أجهزة الاستنشاق, المكونات الإلكترونية | ¥ 1-3 |
| Ultem 1010 | 340درجة مئوية | 216درجة مئوية | 105 MPA | آمن الطعام, متوافق حيويا, تمدد حراري منخفض | الأدوات الطبية, قوالب مقاومة للحرارة, أجزاء معالجة الأغذية | مخصص |
| Ultem 9085 | – | 186درجة مئوية | 71.6 MPA | لقب اللهب, قوة عالية إلى الوزن | تموت الفضاء, تركيبات السيارات | مخصص |
| البولي (الكمبيوتر الشخصي) | 230-260 درجة مئوية | 147درجة مئوية | 60 MPA | شفاف, قوة عالية التأثير | عدسات نظف, خوذات السلامة, عدسات المصابيح الأمامية للسيارات | ¥ 1-3 |
| نظرة خاطفة | 343درجة مئوية | 143درجة مئوية | 110 MPA | المقاومة الكيميائية, مقاومة البخار | أجزاء أشباه الموصلات, صمامات المضخة, مكونات النفط/الغاز | مخصص |
مثال في العالم الحقيقي: Ultem 1010 في الأدوات الطبية
احتاجت شركة الأجهزة الطبية إلى قالب مقاوم للحرارة لتعقيم الأدوات الجراحية (تصل المعقمات إلى 180 درجة مئوية). حاولوا لأول مرة القيمة المطلقة- ولكن TG (105درجة مئوية) كان منخفضا جدا, والقالب مشوه أثناء التعقيم. تحولوا إلى Ultem 1010, التي لديها TG من 216 درجة مئوية (أعلى بكثير من 180 درجة مئوية). نجا قالب Ultem 500+ دورات التعقيم بدون توزيع, وتوافقه الحيوي يعني أنه كان آمنًا للاستخدام الطبي.
2. المعادن المقاومة للحرارة & سبائك (تقنية SLM)
لتطبيقات درجات الحرارة العالية المتطرفة (300° C - 1700 درجة مئوية), المعادن والسبائك هي الخيار الوحيد. إنهم يستخدمون مع تلبيد الليزر المعدني (SLM)- طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد تذوب مسحوق المعادن مع الليزر. إنها أقوى وأكثر مقاومة للحرارة من البوليمرات ولكنها أثقل وأكثر تكلفة.
المعادن/السبائك المقاومة للحرارة الرئيسية لـ SLM
| مادة | نقطة الانصهار | قوة الشد | الميزات الرئيسية | حالات الاستخدام المثالية | سعر غرام (يوان صيني) |
| Alsimg الألومنيوم | 670درجة مئوية | 205 MPA | خفيف الوزن, مقاوم للتآكل | محركات المركبات, مكونات الطائرات | ¥ 2-4 |
| 316ل الفولاذ المقاوم للصدأ | 1400درجة مئوية | 490-690 ميجا باسكال | مقاومة الكلور, الدوقات | معدات المختبر, المبادلات الحرارية, المكسرات/البراغي | ¥ 1-3 |
| Inconel 718 | 1370-1430 درجة مئوية | 965 MPA | مقاومة الحرارة الشديدة (700درجة مئوية), مقاوم للتآكل | أجزاء التوربينات الغازية, علب الضاغط | مخصص |
| TC4 Titanium سبيكة | 1700درجة مئوية | 1150 MPA | مقاومة زحف عالية, مقاومة تآكل مياه البحر | شفرات ضاغط المحرك, القوالب بالموجات فوق الصوتية | ¥ 12-18 |
مثال في العالم الحقيقي: 316ل الفولاذ المقاوم للصدأ في المبادلات الحرارية
يحتاج النبات الكيميائي إلى المبادلات الحرارية التي يمكن أن تتعامل مع 800 درجة مئوية ومقاومة المواد الكيميائية القائمة على الكلور (يستخدم في عملياتهم). اختبروا Alsimg الألومنيوم أولاً - ولكن نقطة الانصهار (670درجة مئوية) كان أقل من 800 درجة مئوية, وذابت المبادلات بعد أسبوع. تحولوا إلى 316ل الفولاذ المقاوم للصدأ, التي يمكن أن تصمد أمام 925 درجة مئوية بشكل مستمر ويقاوم الكلور. استمرت المبادلات 316L 5+ سنين, إنقاذ النبات $50,000 في تكاليف الاستبدال.
4 العوامل الهامة لاختيار المواد المقاومة للحرارة الصحيحة
إن اختيار مادة لا يتعلق فقط بمقاومة الحرارة - فأنت بحاجة إلى مطابقة احتياجات مشروعك الكاملة. اسأل نفسك هذه الأسئلة الأربعة:
1. ما هو الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي سيواجهها الجزء الخاص بك?
هذا هو العامل الأكثر أهمية. على سبيل المثال:
- إذا كان الجزء الخاص بك في محمصة (120درجة مئوية): القيمة المطلقة (TG 105 درجة مئوية) أو الكمبيوتر الشخصي (TG 147 درجة مئوية) يعمل.
- إذا كان في محرك نفاث (700درجة مئوية): فقط Inconel 718 (مقابض 700 درجة مئوية) أو TC4 التيتانيوم (1700نقطة انصهار درجة م) سوف تفعل.
حكم الإبهام: اختر مادة مع TG (للبوليمرات) أو نقطة الانصهار (للمعادن) 20-50 درجة مئوية أعلى من الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل - وهذا يعطي مخزن السلامة.
2. ما هي ميزانيتك?
المواد المقاومة للحرارة تتراوح من رخيصة (القيمة المطلقة, ¥ 1-3/جم) باهظ الثمن (TC4 التيتانيوم, ¥ 12-18/جم). على سبيل المثال:
- جزء منخفض التكلفة مثل مساكن أنابيب الصرف: يستخدم القيمة المطلقة (رخيصة ومقاومة للحرارة بدرجة كافية لمدة 100 درجة مئوية).
- جزء من الفضاء عالي الأداء: الاستثمار Inconel 718 (باهظة الثمن ولكن يستحق ذلك لمقاومة 700 درجة مئوية).
3. ما هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدمها?
تتطلب معظم البوليمرات المقاومة للحرارة FDM (يستخدم خيوط), بينما المعادن تحتاج SLM (يستخدم المسحوق). تأكد من أن المواد الخاصة بك تتطابق مع طابعتك: لا يمكنك الطباعة نظرة خاطفة (بوليمر) مع طابعة SLM, ولا يمكنك الطباعة 316ل الفولاذ المقاوم للصدأ مع طابعة FDM.
4. هل تحتاج إلى ميزات إضافية?
- المقاومة الكيميائية: لأجزاء لمس الأحماض أو الوقود, يختار نظرة خاطفة (البوليمرات) أو 316ل الفولاذ المقاوم للصدأ (المعادن).
- التوافق الحيوي: للأجزاء الطبية, يختار Ultem 1010 (البوليمرات) أو TC4 التيتانيوم (المعادن)- إنها آمنة للاتصال بالجسم.
- مقاومة اللهب: لأجهزة الفضاء/السيارات, يستخدم Ultem 9085 (يلتقي معايير سلامة اللهب).
منظور Yigu Technology حول مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد المقاومة للحرارة
في Yigu Technology, نعتقد أن اختيار المواد ثلاثية الأبعاد المقاومة للحرارة يدور حول موازنة احتياجات درجة الحرارة, ميزانية, والتكنولوجيا. للعملاء, نقوم أولاً بتخطيط درجة حرارة التشغيل القصوى للجزء - وهذا يلغي 50% من الخيارات الخاطئة مقدمًا. على سبيل المثال, نحن نوجه المشاريع ذات الميزانية المنخفضة نحو ABS أو 316L من الفولاذ المقاوم للصدأ, في حين أن عملاء الفضاء العالي الأداء يحصلون على إزعاج 718 أو TC4 التيتانيوم. نشارك أيضًا تقارير اختبار المواد (مثل بيانات دورة الحرارة) لإثبات الأداء. الهدف ليس فقط بيع المواد-إنه لمساعدتك في بناء قطع غيار تدوم في بيئات الحرارة العالية.
التعليمات
1. هل يمكنني استخدام ABS للأجزاء التي تصل إلى 120 درجة مئوية?
لا. ABS لديها درجة حرارة انتقال زجاجي (TG) من 105 درجة مئوية - الرابحة 105 درجة مئوية, يصبح ناعمًا ويفقد الشكل. لتطبيقات 120 درجة مئوية, اختر الكمبيوتر (TG 147 درجة مئوية) أو Ultem 9085 (TG 186 درجة مئوية) بدلاً من.
2. ما هو أفضل للحرارة الشديدة: نظرة خاطفة (البوليمر) أو Inconel 718 (سبيكة)?
Inconel 718 أفضل للحرارة الشديدة. يمكن نظرة خاطفة على التعامل مع ما يصل إلى 170 درجة مئوية بشكل مستمر, بينما inconel 718 يعمل في 700 درجة مئوية. لكن نظرة خاطفة أخف وزنا وأرخص - استخدمها للحرارة المعتدلة (100درجة مئوية - 170 درجة مئوية), و inconel من أجل الحرارة الشديدة (فوق 300 درجة مئوية).
3. لماذا TC4 التيتانيوم مكلف للغاية (¥ 12-18/جم)?
التيتانيوم TC4 مكلف لأنه نادر, من الصعب معالجة (تحتاج طابعات SLM خاصة), ولديه خصائص لا تقبل المنافسة: يعالج 1700 درجة مئوية, خفيفة الوزن, ويقاوم التآكل. يتم استخدامه فقط للأجزاء عالية القيمة (مثل شفرات محرك الطيران) حيث يبرر الأداء التكلفة.
