3D打印中的鈷鉻合金

魔猴君  知識堂   25天前

鈷鉻是一種金屬合金，在各種工業應用中具有重要意義，特別是在增材制造領域。鈷鉻具有獨特的強度和耐用性組合，非常適合制造在苛刻條件下需要高精度和高強度的零件，例如醫療和牙科部件。這種合金不僅機械性能優異，而且還能利用3D打印技術模制成復雜的形狀，為個性化零件的設計和制造開辟了新的可能性。在本指南中，我們將探討鈷鉻的特性、它在3D打印中的優勢，以及該材料在市場上的主要應用和不同制造商。

材料特性

正如其名稱所示，這種金屬合金（CoCr）主要由化學元素鉻和鈷組成。它還含有少量其他化學元素，如鉬、鎢和鎳。它是一種非磁性合金，通過先進的冶金工藝獲得，涉及鈷和鉻與其他元素的融合，以提高其機械性能和強度。獲取它們的最常見方法之一是電爐冶煉，其中這些金屬在感應爐或電弧爐中在高溫下熔化。在某些情況下，一旦獲得液態合金，就可以對其進行鍛造工藝，即通過施加壓力來加熱和成型材料。

這種材料的特點是強度高、耐用性好

然而，當3D打印應用需要金屬粉末形式時，鈷鉻合金也可以通過濺射獲得。在此過程中，合金利用霧化或噴涂技術轉化為細小顆粒，隨后可用于基于粉末床的增材制造技術。這些技術允許用金屬粉末制造復雜的零件，從而為高精度部件的設計和制造提供更大的靈活性。鈷鉻最顯著的特性包括：

耐腐蝕，特別是在惡劣環境中，例如氯化物濃度高的環境中。這一特性在醫療應用中尤為重要，因為醫療應用中需要不斷與體液接觸。

高硬度和機械強度，使該合金成為承受較大機械負荷的部件的理想選擇。此外，它即使在高溫下也能夠保持結構完整性，這也是一個顯著的優勢。

生物相容性：由于其耐腐蝕性和化學穩定性，鈷鉻合金具有高度的生物相容性。因此它通常不會在人體引起不良反應，適合在醫療領域使用。

高導熱性，使其能夠在某些應用中有效散熱。

熱穩定性高，即在高溫下具有較高的抗變形能力。因此，它非常適合在極熱條件下運行的組件。

鈷鉻合金的3D打印

鈷鉻合金可以粉末形式用于增材制造，以制造具有復雜幾何形狀的零件。該材料主要與激光粉末床熔合（L-PBF）、電子束熔化（EBM）或選擇性激光熔化（SLM）技術等工藝兼容。鈷鉻合金的熔點約為1200-1400°C，具體取決于合金的具體成分。與3D打印中常用的其他金屬（例如鋁或不銹鋼）相比，這個熔點相當高。這就是為什么鈷鉻3D打印過程必須在高溫下進行的原因，這需要對打印環境進行精確的控制和高質量的設備。

鈷鉻合金與粉末床技術兼容（圖片來源：Eplus3D）。

由于鈷鉻合金的物理和化學特性，在3D打印中使用鈷鉻合金需要考慮一些特定的技術。由于這是一種高熔點合金，因此必須調整激光能量以避免材料蒸發或熔化不良。此外，由于合金中含有鉻這種高活性金屬，因此必須格外小心地控制打印環境。建議使用氬氣或氮氣的惰性氣體，以避免與氧氣發生不必要的反應。另一個重要方面是粉末的流動性。鈷鉻的流動性比其他金屬差，這使得在制造過程中粉末難以均勻分布。為了解決這個問題，需要精細調整打印參數以確保熔化一致且制造的零件具有良好的表面質量。

3D打印后，必須執行幾個后處理步驟。首先，必須緩慢冷卻零件以避免產生內部應力或翹曲。接下來，清潔零件，包括去除粉末和拆除打印支撐（如果適用）。在某些情況下，特別是在醫療應用中，可能需要采用熱處理，例如退火。這種處理可以改善合金的晶體結構和機械抗性，從而提高零件的抗性。最后，通常采用拋光（電解或機械）等技術來實現光滑、高質量的表面。

主要市場應用及制造商

由于其耐腐蝕性、硬度和生物相容性，鈷鉻3D打印已應用于眾多行業。它主要用于制造醫療部件，例如骨科植入物、牙科假體和手術器械。在這些應用中，零件必須具有高機械強度并與人體完美兼容。它還用于航空航天和汽車工業，生產在極端溫度和磨損條件下工作的零件，如渦輪機和發動機部件。

鈷鉻廣泛用于醫療和牙科領域。

一些公司不僅提供增材制造解決方案，還提供與其機器兼容的材料，例如鈷鉻。Colibrium Additive（GE Aerospace的一部分）是一家領先的3D打印金屬制造公司。特別是，它開發了與其L-PBF和EBM機器兼容的CoCr合金。EOS、Eplus3D、Renishaw和3D Systems等公司也提供專為這些公司的金屬系統設計和測試的鈷鉻粉末。

還值得注意的是，許多材料供應商為增材制造領域提供這種金屬。其中包括Carpenter Additive及其PowderRange?系列（CCM?-MC和CCM?）以及Sandvik及其標準Osprey?系列金屬粉末，其中包括用于增材制造的鈷鉻粉末。

編譯整理：3dnatives