增材制造商轉(zhuǎn)向使用新型鋁合金 Aheadd CP1

由于減輕重量是賽車和航空航天等行業(yè)的首要任務(wù),，許多制造商最近都轉(zhuǎn)向使用輕質(zhì)鋁硅鎂合金，如 F357 和 AlSi10Mg,，用于 3D 打印賽車,、火箭等各種部件。2024年 6 月 7 日,，南極熊獲悉,，一種新型鋁合金 Aheadd CP1，在許多增材制造用戶中的采用率已經(jīng)超過了鋁硅鎂合金,。



Aheadd CP1是一種鋁鋯鐵合金,，由全球領(lǐng)先的鋁產(chǎn)品和解決方案提供商 Constellium 專為金屬激光粉末床熔合 (LPBF) 3D 打印機(jī)設(shè)計(jì)。根據(jù)具體應(yīng)用,，價(jià)格更昂貴的鈦合金確實(shí)比鋁合金具有更好的強(qiáng)度重量比,，而銅合金可以提供更好的傳熱系數(shù)，鎂合金可能具有較低的密度和更高的電化學(xué)電位,。但當(dāng)尋求優(yōu)化增材制造部件的成本,、性能和可制造性時(shí)，鋁合金可以非常有效地實(shí)現(xiàn)這三個(gè)目標(biāo),。通過對(duì)多年來一直用于傳統(tǒng)鑄造的現(xiàn)有材料進(jìn)行改進(jìn),，鋁鎂合金已適用于增材制造，用鋁鎂合金制成的各種 3D 打印部件在多個(gè)行業(yè)中表現(xiàn)良好,。

Aheadd CP1 合金的優(yōu)勢



CP1 是從頭開始創(chuàng)建的,，經(jīng)過量身定制，且在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了增材制造工藝的特定嚴(yán)格性,，因此避免了制造商在使用其他鋁合金時(shí)必須克服的一些挑戰(zhàn),。

雖然鋁是這些合金的共同點(diǎn)，但 CP1 含有鋯和鐵,，而 F357,、AlSi10Mg 和類似合金含有硅和鎂。由于固相線溫度高且不含鎂（更適合釬焊）和硅含量低（會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)出現(xiàn)孔隙）,，CP1 正逐漸成為需要與傳統(tǒng)材料釬焊或焊時(shí)的首選合金,。

CP1 的另一個(gè)優(yōu)勢是：使用 F357 打印部件后，制造商必須使用三個(gè)單獨(dú)的步驟對(duì)部件進(jìn)行熱處理,，包括固溶處理,、淬火和時(shí)效。雖然其他鋁硅鎂合金（包括 AlSi10Mg）更容易進(jìn)行熱處理,，但它們的其他材料特性（包括強(qiáng)度,、耐腐蝕性和陽極氧化能力）并不符合許多應(yīng)用的需求。另一方面,，CP1 部件只需要一個(gè)四小時(shí)的低溫處理過程,，這可以節(jié)省大量時(shí)間和成本，并避免在較高溫度下處理時(shí)可能發(fā)生的熱變形,。除了固有的耐腐蝕性能外,，CP1 還表現(xiàn)出高達(dá) 300°C 的穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)，使成品部件能夠在熱交換器等有價(jià)值的高溫應(yīng)用中更好地保​​持性能,。

由于 CP1 是各向同性的,，Constellium 已證明,，用 CP1 制造的部件具有相同的機(jī)械特性，無論其幾何形狀在構(gòu)建板上如何定向,。這簡化了設(shè)置時(shí)間,，并使增材制造工程師能夠優(yōu)化其他所需屬性，例如表面粗糙度或性能,。

CP1 成分的一個(gè)重要附帶好處是,，其一步熱處理可沉淀鋯和鐵相，從而形成幾乎純的鋁基體,，具有高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率,。測試表明，其導(dǎo)電性能指標(biāo)等于或超過了一些更昂貴的非鋁合金,。（熱處理后 CP1 的熱導(dǎo)率為 187 W/mK,；F357 標(biāo)準(zhǔn)值約為 150 W/mK，標(biāo)準(zhǔn) AM 鈦合金 Ti6Al4V 約為 6.7 W/mK,。）

CP1 的種種優(yōu)勢使得其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,，如增材制造、半導(dǎo)體和一般工業(yè)領(lǐng)域以及賽車運(yùn)動(dòng)和航空航天領(lǐng)域,。

CP1 在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際使用體驗(yàn)



PWR 是一家全球性冷卻系統(tǒng)技術(shù)供應(yīng)商（散熱器和熱交換器）,，產(chǎn)品適用于高性能賽車運(yùn)動(dòng)。PWR 與一級(jí)方程式賽車,、納斯卡賽車和其他賽車相關(guān)實(shí)體密切合作,，最近還擴(kuò)展到電子、軍事和航空航天行業(yè),。

PWR 增材制造工程師 Toby Maconachie 表示：“增材制造在熱交換器制造方面顯示出了巨大的潛力,，PWR 是第一個(gè)采用 Velo3D AM 系統(tǒng)打印鋁材的公司。能夠?qū)�傳統(tǒng)技術(shù)和增材制造技術(shù)結(jié)合起來是在競爭激烈的市場中獲得優(yōu)勢的一種方式,�,！盤WR 發(fā)現(xiàn)，對(duì)于最先進(jìn)的熱交換器的最精細(xì)內(nèi)部配置,，傳統(tǒng)薄箔技術(shù)在可實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸方面仍然優(yōu)于 3D 打印技術(shù),。但對(duì)于其他應(yīng)用，例如冷卻系統(tǒng)中的流體分配,，增材制造在復(fù)雜幾何形狀和盤旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面更勝一籌,。

CP1 的材料特性

PWR 的大部分成功案例都是通過添加材料組裝而成的，這促使 PWR 從 F357 轉(zhuǎn)向 CP1,，對(duì)這些組合組件進(jìn)行釬焊和快速熱處理,。PWR 通常采用硬質(zhì)陽極氧化或化學(xué)蝕刻來加工產(chǎn)品，F(xiàn)357 在加工過程中有產(chǎn)生過多“污跡”的問題。Toby Maconachie 表示：“ PWR 從 Constellium 獲得 CP1 樣品后,，首先測試的就是我們可以進(jìn)行哪些表面處理,，測試發(fā)現(xiàn)，CP1 基本上與傳統(tǒng)組件一樣好,，因此更容易根據(jù)需要進(jìn)行陽極氧化和蝕刻,。”

CP1 的穩(wěn)定性允許厚層粉末沉積,，對(duì)于需要厚層粉末沉積的應(yīng)用，制造商發(fā)現(xiàn)從 50 微米層增加到 100 微米層可將總打印時(shí)間縮短多達(dá) 60%,。還可以減少電能消耗并降低每次打印的氬氣消耗,。Toby Maconachie 表示：”CP1 的這一特性真正改變了游戲規(guī)則。過去,，增材制造機(jī)器的吞吐量和相應(yīng)的生產(chǎn)成本一直是客戶采用增材制造解決方案的主要障礙,，但隨著打印層厚度達(dá)到 100 微米，打印時(shí)間顯著縮短,，增材制造技術(shù)有了更大的發(fā)揮空間,。”

CP1 的發(fā)展前景



Toby Maconachie 表示：“將 PWR 現(xiàn)有的兩套增材制造系統(tǒng)都換成 CP1 合金系統(tǒng)是件很簡單的事,。PWR 與 Velo3D 密切合作,，確保材料符合生產(chǎn)要求。新合金 CP1 為 PWR 進(jìn)一步的產(chǎn)品創(chuàng)新打開了大門,。2026 年一級(jí)方程式賽車規(guī)則即將發(fā)生變化,，重量限制將以不同的方式平衡熱性能，增材制造在重量和成本方面可能會(huì)具有競爭力,。我們PWR 正在與團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)完全集成的增材制造熱交換器,。”

前進(jìn)的道路是明確的：國際汽聯(lián),，一級(jí)方程式賽車和其他全球賽車運(yùn)動(dòng)的管理機(jī)構(gòu),，最近批準(zhǔn)從 2024 賽季開始在一級(jí)方程式賽車上使用 Aheadd CP1 合金。