文章目录：

1、AlSi7Mg 3D打印铝合金增材制造工艺及应用透视2、铸造铝件形位公差分析，拍照式蓝光3D扫描方案应用3、压铸模具3D设计与计算指导综合计算表格使用说明

AlSi7Mg 3D打印铝合金增材制造工艺及应用透视

当减轻重量是主要目标时，3D打印铝合金是航空航天和高性能赛车应用的常见选择。

确实存在比铝具有更高比强度（更好的强度与密度比）的轻质金属合金，例如钛合金。在热管理部件的应用中，也有比铝合金具有更好传热系数的材料，例如铜合金。谈及具有最低密度或更高电势的材料，镁合金也是不错的选择。但如果需要在成本、性能和可制造性之间进行权衡时，铝合金仍是最佳的材料之一。

在众多铝合金材料中，传统铸造常见的 Al-Si-Mg 合金是粉末床激光熔化（L-PBF）3D打印中使用和研究最多的合金，因为它们具有良好的激光加工性能。特别是，AlSi7Mg 合金引起了增材制造领域的极大兴趣，因为这一材料的近共晶成分可确保狭窄的凝固范围和高 Si 含量，可确保在熔融状态下具有良好的流动性。这些是 L-PBF 工艺中非常重要的方面，使增材制造完全致密和无裂纹的零件成为可能。[1]

AlSi7Mg铝合金具有良好的延展性、高强度和耐腐蚀性。与 AlSi10Mg 和 Al12Si 这两种铝合金材料相比，粉末床激光熔化增材制造的AlSi7Mg零件具有更高的强度和更好的延展性，相比之下可以更好的满足航空航天等领域高可靠性要求。通过热处理可进一步提高AlSi7Mg 增材制造零件的微观结构，如再结晶晶粒、缺陷去除和均匀的微观结构。[2]

本期，3D科学谷将通过国际上已开展AlSi7Mg (F357) 应用探索的企业，对这款材料的选区激光熔化增材制造工艺及应用进行透视。

? Velo3D

用于增材制造的AlSi7Mg

大部分适合3D打印的铝合金材料最初是从A356铸造铝合金开发出来的，这是使用最广泛的铸造铝合金之一。它重量轻且极耐腐蚀。为了进一步提高机械性能，可以添加更多的镁，这会产生A357，这是一种强度更高的合金，可以对其进行热处理以获得更好的性能，但铸造起来却有些困难。

不过用于粉末床激光熔化增材制造工艺却是颇为理想的选择。但是A357还含有0.04至0.07％的铍，这是一种I 类致癌物，特别是如果将其吸入体内，将对人体产生伤害，而这一情况可能在打印粉末处理和后处理过程中发生，所以这种材料并不完全适合金属3D打印。

AlSi7Mg (F357) 铝合金材料则是A357铝合金的一种不含铍的衍生物，其开发目的是避免环境和健康风险，与A357合金相比强度略有降低。[3]

F357重量轻，可焊接性强，可进行阳极氧化处理，可热处理至T6。铝的阳极氧化是一种电解氧化过程，在此过程中，铝合金的表面通常转化为一层氧化膜，这层氧化膜具有保护性、装饰性以及一些其他的功能特性。因此，这样的AlSi7Mg 材料就具有更高的耐腐蚀性，并且可在较宽的温度范围内使用。

根据3D科学谷的市场观察对于那些在许多航空航天和高端赛车运动应用中看到的具有薄壁，复杂结构的增材制造零件，它是一种不错的选择。例如：A357铝合金是航天发动机主发动机部件中应用的一种材料，该材料可用于制造火箭或导弹发动机的涡轮泵泵壳，相对应的可以考虑利用F357 铝合金3D打印技术开发创新的涡轮泵壳体[4]。

AlSi7Mg与AlSi10Mg 铝合金材料对比

增材制造工艺及应用的探索

l Velo3D

Velo3D开发了F357 铝合金的3D打印工艺及应用。VELO3D 基于Sapphire 3D 打印系统的F357 铝合金增材制造工艺是与 PWR 公司共同开发的，PWR 是为一级方程式赛车、NASCAR、其他赛车系列以及汽车、军事和航空航天行业提供先进冷却解决方案的全球供应商。

? Velo3D

上图中的热交换器为3D 打印F357 材料制造的，请注意其核心中的超薄特征（左侧的横截面图）。

Velo3D F357 铝合金3D打印工艺的另一个典型应用是汽轮发电机组件。

? Velo3D

上图中的案例为KW Micro Power 设计和制造的用于高功率密度发电的紧凑型汽轮发电机组件。他们针对F357材料增材制造工艺，重新设计了航空级辅助动力装置 (APU) ，重量减轻了44%。

上表为Velo3D F357铝合金的3D打印机械性能。3D打印系统为 VELO3D Sapphire?， 所有数据均基于使用 VELO3D 标准 50 μm 层厚构建的零件参数。

l GE增材制造与AP&C

根据GE 旗下的材料制造商AP&C， AlSi7Mg (F357)3D打印铝合金材料在温度升高的环境中具有更好的机械性能，非常适合制造热交换/热管理部件。

? GE增材制造

GE展示过一款通过F357 铝合金3D打印的汽车壳体样件。该样件集成了隔热罩、液压连接器和通道，设计具有轻量化特点。根据GE，F357 铝合金3D打印在汽车制造中的潜在应用是变速箱壳体。

2种F357铝合金3D打印工艺参数对比，设备：M2 Series 5 。

? GE增材制造

GE通过其M2 3D打印机开发了三种不同的F357铝合金3D打印工艺参数：

聚焦于零件的表面质量：30μm在打印效率与质量之间做出了平衡: 60μm聚焦于更高生产效率：90μm（1Kw激光）

l EOS

EOS针对其M290 与M400 选区激光熔化设备开发了F357铝合金的工艺参数。

? eos

M290设备，层厚30μm, 打印态机械性能：

? eos

M290设备，层厚30μm，热处理态机械性能:

? eos

M400 设备，层厚60μm，打印态机械性能：

? eos

M400 设备，层厚60μm，热处理态机械性能：

? eos

l SLM Solutions

霍尼韦尔（中国）和SLM Solutions 合作开发了F357 铝合金工艺参数。

SLM Solutions

霍尼韦尔在四激光SLM?500选区激光熔化3D打印设备上以60 μm的层厚度和700 W激光为铝合金F357开发新的打印工艺。与传统的压铸零件相比，材料的性能已大大提高，现在已经超过了公认的航空航天金属性能。

批量生产的铝合金3D打印质量控制与两方面息息相关，一个是参数的优化，另一个是零件精加工。而从整个金属增材制造周期中所涉及到的众多参数的角度来看，优化AlSi7Mg (F357) 铝合金增材制造工艺是一个艰巨的过程。3D科学谷将对这款材料的增材制造应用发展保持市场观察。

知之既深，行之则远，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察，有关陶瓷在增材制造领域的更多分享，请关注《铝金属3D打印白皮书》。

【文章参考资料】

[1]Short Heat Treatments for the F357 Aluminum Alloy Processed by Laser Powder Bed Fusion

[2]Microstructure and properties of AlSi7Mg alloy fabricated by selective laser melting

[3]AM铝合金的结构完整性：构建方向对微观结构、孔隙率和疲劳行为的影响（Ⅰ）

[4]AlSi7Mg 3D打印粉末到底是怎样的一种材料?

AlSi7Mg铝合金相关资料已上传至3D科学谷木星群-群文件，群号：106477771

网站投稿请发送至2509957133@qq.com

铸造铝件形位公差分析，拍照式蓝光3D扫描方案应用

镁铝合金铸造技术应用广泛，尤其在汽车、航空、机械等领域。其中，铸造铝件具有轻质、耐腐蚀、导电性好等特性，受到了精密制造厂商的青睐。在铸造铝件生产过程中，获取高精度3D数据模型和全尺寸检测，成为影响产品制造质量的关键因素。

对于铸造件的检测，传统的检测方法无法满足效率、全尺寸检测需求，采用XTOM拍照式蓝光三维扫描仪，可获得铸造铝件高精度3D数据模型，结合检测软件可进行形位公差分析，获取详尽的质检报告，提升产品质量和检测效率。

拍照式蓝光3D扫描用于镁合金铸件检测

汽车仪表盘基座及转向管柱、座位框架、方向盘轴、发动机阀盖、进气歧管、车身等零部件，由镁合金制造的。

由于汽车中控镁合金压铸件，有精加工结构，对于检测的精度要求高。采用新拓三XTOM拍照式蓝光三维扫描仪，配合三维检测软件可快速、准确地完成首样检测和抽检。

镁合金压铸件距离尺寸和形位公差分析。XTOM拍照式蓝光三维扫描仪可高效、快速地获取3D数模，导入检测软件与原始设计数据相拟合，可快速判断形变情况，镁合金压铸件偏差数据一目了然。

三维扫描数据

3D尺寸偏差色谱图

拍照式蓝光3D扫描-铝合金铸件3D检测

铝合金T形管路3D检测，T形管路服役环境复杂，需喷涂提升耐久性。喷涂后会存在一些形变，需检测和控制其在设计精度范围内。

采用XTOM拍照式蓝光三维扫描仪，快速、准确地完成T形管路直径变化测量工作，分析形变位置并进行偏差标注。

XTOM拍照式蓝光三维扫描仪，操作方便单人即可完成测量，准确获取完整3D数模，结合检测软件分析各项尺寸数据，关键区域的偏差，比如用户关注的直径变化数据。

将扫描3D数据导入检测软件，进行对比测量，对客户关注位置的直径以及螺柱高度进行测量，并最终生成检测报告。

检测数据与偏差标注

铸造铝件的形状复杂，表面粗糙，且存在大量的死角和阴影，这使得传统的扫描方法难以满足客户的需求。此外，铸造铝件的生产环境通常比较恶劣，给扫描工作带来了很大的困难。

采用新拓三维XTOM拍照式蓝光三维扫描仪，具有高分辨率和高精度，能够准确捕捉到铸造铝件的细微缺陷，输出铸造铝件的高精度三维数据和质检报告，以便进行精确的尺寸测量、形状分析、缺陷检测等。

压铸模具3D设计与计算指导综合计算表格使用说明

⑴综合计算表分类

综合计算表是按书中介绍的各种参数计算理论、计算公式，经过编辑、排列、各表之间互相联动计算，形成的一种计算方法。为了便于识别和操作，采用不同颜色的字体和底面。其中：“绿底红字”为直接输入数据，“蓝底黑字”为选择数据，“白底紫色”为计算结果数据，其余为原始数据或计算过程数据。

综合计算表共分方形、圆形二种类型，方形和圆形又各分成：基本型、无侧抽芯及带有一、二、三、四侧抽芯、特殊型、验算型八种专用计算表。后七种表是从基本型根据模具结构特点及应范围，经过简化后得到的，是基本型中的特例，使用时可根据制件特点使用要求分别选用。

本表在编制时，将计算结果和参与计算的数据尽量列在同一列中，便于观察和选用。

⑵表格使用方法及步骤：

①将已放收缩的制件3D图测量的基本参数和辅助参数数据，（未放收缩的2D图或样件应将测量尺寸加放收缩后）填入制件基本参数和辅助参数表“绿底红字”的格中。无数据时可填“0” 或“空着”。

②根据模具结构特点在模芯尺寸表“绿底红字”格内填入模具结构参数。

⑶更换计算表

①根据合金种类更换充填速度选取表，如：若计算镁合金制件时，可将镁合金充填速度选取表剪贴到铝合金充填速度选取表的位置处，如表1，表2中出现“#REF!”时，点击内浇口截面积计算格内的“#REF!”，将计算公式中的“#REF!”改成：方形为“L17”，园形为“ L16”，其它操作不变。

②若计算其它种类合金时，应将浇注金属比重表中的铝合金及其数据改成相应合金及其数据，相关数据可在书中查找。

③根据制件重量更换压铸机压射速度选取表，用同样的方法更换成表3，剪贴后表4中出现“#REF!”时，点击充填时间计算计算格内的“#REF!”，将计算公式中的“#REF!”改成压射速度选用值“L23”，其它操作不变。

表3压铸机压射速度选取表（制件重量≤1Kg）

⑷应用“计算因子”简化计算表操作方法

计算因子是专门为选择项目设计的一个替代因子，根据项目特点采用类似的计算方法达到替代的作用。它可以免去逐个选择的麻烦，使计算表操作更加简化、方便、实用，计算速度更快。计算因子的代号为“0”、“1”，其中“1”代表该组数据被选中，“0”代表该组数据不被选用。应用时，每组计算因子只能有一个为“1”，其余均为“0”。

①比压计算因子

表3—*确定比压计算因子

比压计算因子是区别最大比压和安全比压用的计算因子，为模芯尺寸计算和压铸机吨位校核共用。

②充填速度、压射速度计算因子

表4—充填速度、压射速度计算因子

充填速度、压射速度计算因子分别按制件壁厚范围“≤2.5”、“ ＞2.5～4”、“ ＞4”选用。

③比例系数计算因子

表5—充填速度、压射速度计算因子

压铸机吨位计算因子是按大于或等于预选吨位吨位选用，一经选中某一吨位压铸机，该吨位压铸机除浇口套内经外的所有相关参数据均被选中。

⑸更改选择数据

①按制件对角线长度选择比压计算因子。

②按制件重量选择比例系数计算因子。

③按基本壁厚选择充填速度、压射速度计算因子。

④按制件预选吨位选择压铸机吨位计算因子。

⑤选择浇口套内经：点击浇口套内径数据，再点击计算公式，将内径数值更换成选定压铸机现有规格。其校核吨位接近或小于选定吨位时为合理，大于选定吨位时，应重新选择浇口套内经。

⑹模具尺寸计算及调整

①模芯尺寸计算：

按制件对角线长度选择比压计算因子。当对角线长度“蓝底白字”≤400㎜时，取安全工作比压为“1”，对角线长度＞400时，取最大比压为“1”。

尺寸调整方法：

方法一：将公式中基数70可按个人意愿修改成＞70的任意数，直到计算结果令你满意时为止。

方法二：制件所有辅助参数一律为“0” 或“空着”，在计算时不进行调整，待按计算尺寸生成模芯后，再根据制件在模芯中的位置、浇排系统分布情况等个别调整。

②模框尺寸计算：在模框推荐尺寸表的“绿底红字”区域内，根据模具结构特点和选定的压铸机吨位按推荐范围直接输入选定的周边、底厚的数据。

周边增加尺寸：点击左右、上下自动计算数字，在计算公式中根据模具侧抽芯的具体结构更改。

底厚增加：指的是在模芯底面上再增加值，在模框推荐尺寸表中，普通、加厚格内只许填一个数据，另一格内填“0”.或“空着”。

⑺侧抽芯尺寸计算

侧抽芯结构设计的尺寸计算只作为一种提示性或导向性的辅助计算方法，应先选择抽芯机构，再根据抽芯机构特点确定相关尺寸。读者可根据实际情况参照 “制件参数测量图例及计算说明”及表中各种推荐尺寸范围，进行具体的结构设计。

⑻有侧抽芯时模框侧面需局部增加尺寸计算

模框局部需增加的尺寸也是一种提示性计算法，读者可根据其具体结构参考表中推荐尺寸范围直接加放。

⑼特殊计算表中的压铸机参数选择

①选取选用压射力：在“比压选取表”中，点击压射力范围（蓝底黑字）数据，再点击计算公式，将压射力范围数值更换成选定压铸机规定的数据。再点击压射力数值（绿底红字），按压射力规定范围直接输入压射力吨位数据。若出现计算比压Ⅱ＜300㎏/㎝2时，应重新输入压射力吨位数值或调整浇口套内径大小。

②特殊计算表中的其它计算方法，与普通计算表相同。

⑽验算表

验算表主要用于对现有模具的内浇口截面积、压射速度、充填速度和充填时间等工艺参数的验算，其它数据如模芯尺寸、模框尺寸等不验算。分两种方法验算。

①计算与实际对比验算：打开验算表（方形或圆形），先将制件基本参数输入，再将验算模具的实际选用压铸机吨位、浇口套内经、内浇口截面积填入相应表内，按本使用方法进行正常计算，计算出内浇口截面积和充填时间。将计算结果与现有模具参数对比，首先检查压射速度、充填速度是否在推荐范围内？在检查检查两者误差，内浇口截面积误差，为改善浇注系统提供理论根据。

当误差较大时，可根据误差大小，在计算表中重新选择压铸机吨位及浇口套内经，令计算表计算出合理数据，再根据实际情况对现有模具进行适当的调整。

②计算与“CAE”模拟结果对比验算：再将模拟充填时间填入相应表内，检查充填速度和压射速度是否在推荐范围内。将计算结果与现有模具参数对比，检查两者误差，分析误差长生原因。

⑾计算结果保存方法

①本计算表每次计算后不要保存，以保证因误操作会改变表格的相关计算原理。为了减少容量，简化手续，需将计算结果另行保存，便于查找相关资料。

②打开保存记录表，按制件（或模具）计算表特征选择方形、圆形、验算型表中任一制件表，将其复制同类型表的下方，再将制件名称、计算时间、相应计算结果填入表中保存。

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