焦点抗疲劳性：AlSi10Mg 3D 打印与铣削零件

疲劳强度较低的神话

对于动态负载的部件（例如汽车或飞机制造中的部件），疲劳强度（耐久性强度）是关键指标。长期以来，人们普遍认为，由于工艺相关的孔隙率，3D 打印铝（特别是标准合金 AlSi10Mg）永远无法与 CNC 铣削的变形合金部件的性能相媲美。

然而，最近的研究和工业实践测试描绘了一幅更加不同的图景。确实如此：PBF-LB/M 打印的 AlSi10Mg 部件“竣工”（即直接来自打印机，无需后处理）的疲劳强度明显低于抛光铣削部件。其原因在于粗糙部件表面的微观缺口效应以及表面下方的缺陷（熔漆孔或气体夹杂物），这些缺陷是裂纹的引发剂。

3D 打印组件如何达到铣削零件的水平

通过有针对性的后处理步骤可以大幅提高增材制造铝的机械性能：

• 热等静压 (HIP)：通过将组件暴露在高压（通常超过 1000 巴）和高温（铝约为 500°C）下，内部孔隙和空腔完全封闭。密度几乎增加到100%。经过 HIP 处理的增材制造零件通常表现出优于铸造零件并接近锻造合金的 S-N 曲线。
• 表面处理：由于疲劳裂纹几乎总是始于表面，因此“竣工”粗糙度（Ra 通常在 10 至 20 µm 之间）是致命的。对关键表面进行振动磨削、喷砂或（最好的情况下）数控铣削可将使用寿命延长数倍。
• 热处理 (T6)：固溶退火后淬火和时效（T6 循环）可改变 AM 铝的精细微观结构，并优化拉伸强度与断裂伸长率的比率，这对裂纹扩展速度具有积极影响。

结论：根据艺术规则打印、HIP 和机器精炼的 AlSi10Mg 组件可以达到传统组件的疲劳强度，并提供绝对设计自由度（拓扑优化）的无与伦比的优势。