آلومینیوم (AlSi10Mg)
آلومینیوم AlSi10Mg سبک‌ترین فلز پرینت سه بعدی است: چگالی آن حدود یک‌سوم فولاد است و گرما را خوب منتقل میکند؛ برای قطعات سبک خودرو و پهپاد، هیت‌سینک، صفحهٔ خنک‌کن و محفظه‌هایی که باید گاز را نگه دارند. اما استحکام و رسانایی حرارتی آن با عملیات حرارتی جابه‌جا می‌شوند؛ در این صفحه با عددهای رسمی می‌بینید کدام حالت برای کار شما مناسب است. مادا تکنولوژی قطعات فلزی را با پرینت SLM تا ابعاد 160 × 160 × 160 میلیمتر می‌سازد.
- 2.67 g/cm³چگالی؛ حدود یک‌سوم فولاد
- 466 MPaاستحکام کششی پس از چاپ
- 165 W/m·Kرسانایی حرارتی پس از عملیات حرارتی
- 160 × 160 × 160حجم ساخت SLM مادا (میلیمتر)
آلومینیوم AlSi10Mg چیست؟
AlSi10Mg آلیاژ آلومینیومی با حدود 10 درصد سیلیکون و مقدار کمی منیزیم است؛ در اصل یک آلیاژ ریخته‌گری است که ترکیبش با استاندارد DIN EN 1706 مطابق است. سیلیکون، مذاب را روان و آلیاژ را برای ذوب لیزری مناسب میکند و منیزیم امکان سخت‌کاری با عملیات حرارتی را می‌دهد.
انجماد بسیار سریع در پرینت SLM، ریزساختاری بسیار ریز می‌سازد؛ برای همین استحکام کششی قطعهٔ چاپی پس از ساخت به حدود 460 مگاپاسکال می‌رسد. آلومینیوم سبک‌ترین فلز فهرست مادا است: در حجم یکسان، حدود 40 درصد سبک‌تر از تیتانیوم و حدود یک‌سوم وزن فولاد 316L.
- نوع
- آلیاژ آلومینیوم، سیلیکون و منیزیم
- روش ساخت
- پرینت فلزی SLM، سپس تنش‌گیری و پسپردازش
- مزیت اصلی
- سبکی، رسانایی حرارتی و آب‌بندی گاز
- محدودیت اصلی
- استحکام کمتر از تیتانیوم و فولاد، و ضعف در دمای بالا
خواص فنی آلومینیوم AlSi10Mg
| حالت | استحکام کششی | استحکام تسلیم | ازدیاد طول |
|---|---|---|---|
| پس از چاپ، افقی | 461 MPa | 270 MPa | 10.2 % |
| پس از چاپ، عمودی | 466 MPa | 233 MPa | 6.3 % |
| پس از تنش‌گیری | 310 MPa | 200 MPa | 9 % |
| پس از T6 | 310–320 MPa | 250–260 MPa | 11 % |
| سختی پس از چاپ | 114 HBW |
|---|---|
| سختی پس از T6 | 105 HBW |
| چگالی قطعه | ≥ 2.67 g/cm³ |
| حجم عیوب داخلی | 0.04 % |
| استحکام خستگی پس از چاپ | 110 MPa |
| نشت هلیوم با دیوارهٔ 2 میلیمتری | 10⁻⁶ mbar·l/s |
| حداقل ضخامت دیواره | 0.4 mm |
| ضریب انبساط حرارتی (25–100 °C) | 20 × 10⁻⁶ /K |
مقادیر طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM برای لایهٔ 30 میکرونی؛ تنش‌گیری 90 دقیقه در 270 درجه و T6 شامل 30 دقیقه انحلال در 530 درجه و پیرسختی 6 ساعت در 165 درجه است. سازنده یادآوری میکند آلیاژهای آلومینیوم حد خستگی ندارند و عمر خستگی به هندسه و سطح قطعه بستگی دارد.
استحکام یا رسانایی: اثر عملیات حرارتی
در آلومینیوم چاپی، استحکام و رسانایی حرارتی در دو جهت مخالف حرکت می‌کنند. قطعهٔ تازه چاپ‌شده محکم‌ترین حالت را دارد اما کمترین رسانایی را؛ با عملیات حرارتی، استحکام کم و رسانایی زیاد میشود:
| حالت | استحکام کششی | رسانایی حرارتی | رسانایی الکتریکی |
|---|---|---|---|
| پس از چاپ | 461–466 MPa | 100–110 W/m·K | 25 %IACS |
| پس از تنش‌گیری | 310 MPa | 160–165 W/m·K | 44 %IACS |
| پس از T6 | 310–320 MPa | 155–165 W/m·K | 44 %IACS |
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM. سازنده یادآوری میکند عملیات حرارتی ممکن است تخلخل را کمی افزایش دهد.
برای هیت‌سینک و خنک‌کاری
عملیات حرارتی رسانایی حرارتی را حدود 50 درصد بالا میبرد؛ حتی تنش‌گیری ساده هم کافی است.
برای بیشترین استحکام
حالت پس از چاپ محکم‌ترین است، اما تنش پسماند و ناهمسانی بیشتری دارد.
برای رفتار یکسان در همهٔ جهت‌ها
T6 ازدیاد طول را یکنواختتر و ناهمسانی را کمتر میکند.
آلومینیوم یا تیتانیوم برای سبک‌سازی؟
| فلز | چگالی | استحکام کششی | استحکام ویژه |
|---|---|---|---|
| آلومینیوم، پس از چاپ | 2.67 g/cm³ | 466 MPa | ≈ 175 |
| آلومینیوم، تنش‌گیری‌شده | 2.67 g/cm³ | 310 MPa | ≈ 116 |
| تیتانیوم | 4.4 g/cm³ | 1100 MPa | ≈ 250 |
| فولاد 316L | 7.97 g/cm³ | 645 MPa | ≈ 81 |
استحکام ویژه یعنی استحکام کششی تقسیم بر چگالی؛ محاسبه از دیتاشیت‌های رسمی همان سازندهٔ دستگاه SLM.
نتیجه: به ازای هر گرم وزن، تیتانیوم محکمتر است؛ پس آلومینیوم «بالاترین نسبت استحکام به وزن» را ندارد. مزیت آلومینیوم جای دیگری است: در حجم یکسان حدود 40 درصد سبک‌تر از تیتانیوم است، گرما را چند برابر بهتر منتقل میکند و ارزان‌تر است. برای قطعات سبک با بار متوسط و قطعات حرارتی، آلومینیوم؛ برای بار زیاد با وزن کم، تیتانیوم.
هیت‌سینک، صفحهٔ خنک‌کن و محفظهٔ گاز
هیت‌سینک و صفحهٔ خنک‌کن
پره‌های نازک و کانال‌های داخلی که با روش‌های سنتی ساخته نمی‌شوند، همراه با رسانایی حرارتی تا حدود 165 وات بر متر کلوین پس از عملیات حرارتی.
کانال‌های خنک‌کاری داخلی
کانال‌هایی که مسیرشان فرم قطعه را دنبال میکند و گرما را از نقاط داغ دور می‌کنند.
محفظهٔ گاز و سیال
سازنده نشت هلیوم را برای دیوارهٔ 2 میلیمتری حدود 10 به توان منفی 6 میلیبار لیتر بر ثانیه اعلام میکند؛ مناسب محفظه‌ها و منیفولدهایی که باید آببند باشند.
یکپارچه‌سازی قطعات
مجموعه‌ای از چند قطعهٔ پیچ‌شده، به یک قطعهٔ یکپارچه با کانال‌های داخلی تبدیل میشود.
آلومینیوم در مقایسه با فلزات دیگر
آلومینیوم را کنار تیتانیوم، فولاد ضدزنگ 316L، آلیاژ نیکل و کبالت کروم روی نمودار ببینید یا فلزات و پارامترهای دیگر را انتخاب کنید.
دنبال چه چیزی هستی؟ یک کاربرد را انتخاب کن تا متریال‌های مناسبش روشن شوند
🏆 برندهٔ هر پارامتر بین متریال‌های انتخاب‌شده
| پارامتر | 316L | Aluminium | Titanium | Cobalt Chrome | Maraging | Nickel Alloy |
|---|---|---|---|---|---|---|
| استحکام | 5 | 4 | 8 | 8 | 10 | 8 |
| سختی و مقاومت سایش | 4 | 3 | 5 | 9 | 8 | 6 |
| مقاومت به خوردگی | 9 | 6 | 9 | 9 | 4 | 9 |
| مقاومت حرارتی | 6 | 3 | 7 | 8 | 6 | 10 |
| سبکی | 2 | 10 | 7 | 2 | 2 | 1 |
| رسانایی حرارتی | 3 | 9 | 2 | 2 | 3 | 2 |
| ماشین‌کاری‌پذیری | 7 | 9 | 4 | 3 | 6 | 2 |
| صرفهٔ اقتصادی | 8 | 8 | 3 | 4 | 5 | 2 |
جمع‌بندی و پیشنهاد
امتیازها نسبی و از 0 تا 10 هستند و بر اساس خواص شناخته‌شدهٔ هر نوع متریال تعیین شده‌اند؛ برای انتخاب اولیه به کار می‌روند و جای دیتاشیت را نمی‌گیرند. عدد دقیق خواص در صفحهٔ هر متریال آمده و خواص گریدهای مختلف یک متریال با هم فرق دارد؛ پیش از ساخت، انتخاب با کارشناسان بررسی میشود.
آلومینیوم یا فلزات دیگر؟
تیتانیوم
برای بار زیادتر با وزن کم و دمای بالاتر. تیتانیوم
فولاد ضدزنگ 316L
برای مقاومت به خوردگی در آب شور و محیط شیمیایی. فولاد 316L
کبالت کروم
برای سایش و سختی بالا. کبالت کروم
آلیاژ نیکل
برای کار در دمای بالا. آلیاژ نیکل (اینکونل)
فولاد ماریجینگ
برای ابزار و قالب. فولاد ماریجینگ
نکات طراحی قطعه برای پرینت آلومینیوم
دیوارهٔ نازک و پره
سازنده حداقل ضخامت دیواره را 0.4 میلیمتر اعلام میکند؛ پره‌های هیت‌سینک را کمی ضخیم‌تر طراحی کنید.
سطوح شیب‌دار و ساپورت
سطوح خیلی افقی ساپورت فلزی لازم دارند؛ ساپورت در آلومینیوم گرما را هم به صفحهٔ ساخت منتقل میکند.
کانال‌های داخلی
سقف کانال‌های افقی را قطره‌ای یا جناغی طراحی کنید و برای خروج پودر راه بگذارید.
بار متناوب
آلومینیوم حد خستگی ندارد؛ در قطعات زیر بار متناوب، گوشه‌ها را گرد و سطوح پرتنش را ماشینکاری کنید.
اضافهٔ ماشینکاری
روی سطوح دقیق، رزوه‌ها و محل آب‌بندی اضافهٔ ماشینکاری بگذارید.
پسپردازش قطعات آلومینیوم
تنش‌گیری و جدا کردن از صفحه
قطعه پس از تنش‌گیری حرارتی از صفحهٔ ساخت جدا و ساپورت‌ها برداشته می‌شوند؛ همین تنش‌گیری رسانایی را هم بالا میبرد.
سندبلاست
سطح زبر پس از چاپ با سندبلاست یکدست میشود.
ماشینکاری
سطوح دقیق، رزوه‌ها و محل آب‌بندی در صورت نیاز ماشینکاری می‌شوند.
آنودایز
قطعهٔ AlSi10Mg را میشود آنودایز کرد، اما به دلیل سیلیکون، رنگ آن تیره و خاکستری میشود، نه روشن.
ویژگی‌های کلیدی آلومینیوم
سبک‌ترین فلز
چگالی 2.67 گرم بر سانتی‌متر مکعب؛ حدود یک‌سوم فولاد.
رسانای حرارت
تا حدود 165 وات بر متر کلوین پس از عملیات حرارتی.
آببند در برابر گاز
نشت هلیوم حدود 10 به توان منفی 6 با دیوارهٔ 2 میلیمتری.
محکم پس از چاپ
استحکام کششی حدود 460 مگاپاسکال.
یکپارچه‌سازی قطعات
چند قطعه به یک قطعه با کانال‌های داخلی تبدیل میشود.
قابل پسپردازش
ماشینکاری، سندبلاست و آنودایز.
کاربردهای آلومینیوم در پرینت سه بعدی
قطعات سبک خودرو
قطعات و محفظه‌های سبک خودرو و موتورسیکلت.
پرینت سه بعدی در خودروسازیپهپاد و هوافضا
براکت‌ها و قطعات سبک سازه‌ای.
پرینت سه بعدی در هوافضاهیتسینک و خنک‌کاری
هیت‌سینک، صفحهٔ خنک‌کن و کانال‌های داخلی.
پرینت سه بعدی در مهندسیمحفظهٔ تجهیزات مخابراتی
محفظه‌های سبک با دفع حرارت.
پرینت سه بعدی در مخابراترباتیک و اتوماسیون
گریپر و قطعات سبک برای کاهش اینرسی.
پرینت سه بعدی در مهندسیجایگزین ریخته‌گری
قطعات کم‌تیراژ به جای ریخته‌گری همین آلیاژ.
پرینت سه بعدی در تولید انبوه
محدودیت‌های آلومینیوم و جایگزین‌ها
دمای بالا
آلیاژهای آلومینیوم در دمای بالا به‌سرعت استحکام از دست می‌دهند؛ برای قطعات داغ، تیتانیوم یا آلیاژ نیکل.
خوردگی شدید
برای آب شور و محیط‌های شیمیایی، 316L یا تیتانیوم مطمئن‌ترند.
سایش
سختی حدود 105 تا 114 برینل؛ برای سطوح سایشی، کبالت کروم یا پوشش سخت.
بار متناوب
حد خستگی ندارد؛ برای قطعات زیر بار متناوب، طراحی و پرداخت سطح اهمیت زیادی دارد.
سطح زبر
سطح پس از چاپ زبر است و سطوح دقیق ماشینکاری می‌شوند.
ابعاد
حجم ساخت SLM مادا 160 × 160 × 160 میلیمتر است.
سوالات متداول آلومینیوم
آلومینیوم AlSi10Mg چیست؟
آلیاژ آلومینیومی با حدود 10 درصد سیلیکون و مقدار کمی منیزیم؛ رایج‌ترین آلیاژ آلومینیوم در پرینت سه بعدی فلزی، سبک و رسانای حرارت.
استحکام آلومینیوم پرینت‌شده چقدر است؟
طبق دیتاشیت رسمی یک سازندهٔ بزرگ دستگاه SLM، پس از چاپ استحکام کششی حدود 461 تا 466 مگاپاسکال؛ پس از تنش‌گیری یا T6 حدود 310 تا 320 مگاپاسکال.
آیا آلومینیوم بالاترین نسبت استحکام به وزن را دارد؟
نه؛ به ازای هر گرم وزن، تیتانیوم حدود 1.4 برابر محکمتر است. مزیت آلومینیوم سبکی در حجم یکسان، رسانایی حرارتی و هزینهٔ کمتر است.
عملیات حرارتی چه اثری روی آلومینیوم چاپی دارد؟
استحکام کششی را حدود 30 درصد کم میکند، اما رسانایی حرارتی را حدود 50 درصد بالا میبرد و رفتار قطعه را یکنواختتر میکند.
رسانایی حرارتی آلومینیوم چاپی چقدر است؟
طبق دیتاشیت سازنده، 100 تا 110 وات بر متر کلوین پس از چاپ و 155 تا 165 پس از تنش‌گیری یا T6.
آیا قطعهٔ آلومینیوم چاپی آببند است؟
بله؛ سازنده نشت هلیوم را برای دیوارهٔ 2 میلیمتری حدود 10 به توان منفی 6 میلیبار لیتر بر ثانیه اعلام میکند.
آیا میشود آلومینیوم چاپی را آنودایز کرد؟
بله، اما به دلیل سیلیکون، رنگ آنودایز تیره و خاکستری میشود؛ سطح پیش از آن با سندبلاست یا ماشینکاری آماده میشود.
آلومینیوم بهتر است یا تیتانیوم؟
برای قطعات سبک با بار متوسط و قطعات حرارتی، آلومینیوم؛ برای بار زیاد با وزن کم و دمای بالاتر، تیتانیوم.
حداکثر ابعاد قطعهٔ آلومینیوم چقدر است؟
حجم ساخت پرینت SLM مادا تکنولوژی 160 × 160 × 160 میلیمتر است.
هزینهٔ پرینت قطعهٔ آلومینیوم چطور محاسبه میشود؟
بر اساس حجم و ارتفاع قطعه، ساپورت و پسپردازش؛ فایل را برای بررسی فنی بفرستید.
فایل سه بعدی قطعه را بفرستید؛ سبک‌ترش را با آلومینیوم می‌سازیم
کارشناسان مادا تکنولوژی بر اساس بار، وزن، دما و نیاز حرارتی قطعه، آلومینیوم یا فلز مناسب دیگر، جهت ساخت و پسپردازش لازم را بررسی و پیشنهاد می‌کنند.