Invar 36 在 3D 打印中的应用

1。简介：当金属停止生长

所有已知的金属热时膨胀，冷时收缩。对于太空旅行、光学或碳纤维部件 (CFRP) 生产中的高精度工具来说，这种热膨胀是一个大问题。一毫米的失真会使卫星摄像机失明或碳翼无法使用。

该解决方案称为 Invar 36，这是一种铁镍合金（64% Fe，36% Ni），热膨胀系数 (CTE) 几乎为零。 Invar 36 的 3D 打印开辟了工具和精密部件构造的全新维度。

2。 Invar工具的3D打印

传统上，因瓦合金是由大块加工（铣削）而成的。由于这种材料坚韧且难以加工，因此成本高昂，并且会产生大量废料（买飞比通常超过 10:1）。

• CFRP 层压工具：当碳纤维 (CFRP) 在 180 °C 的高压釜（烤箱）中硬化时，CFRP 几乎不膨胀。如果下面的模具是铝制的，它会膨胀并撕裂组件。打印的殷钢形状的膨胀程度与 CFRP 本身的膨胀程度一样小。借助 3D 打印（通常是 DED/LMD），这些大型工具可以以节省资源的方式打印出近净形状，并配备内部冷却通道。

3。适用于精密机械的激光粉床熔融 (PBF-LB)

在粉末床中，Invar 36 用于高灵敏度光学和电子元件。

• 太空光学器件：太空望远镜中镜子的安装座。在轨道上，温度在阴凉处的极冷和阳光下的酷热之间交替。 PBF 印刷殷钢安装座可确保镜子以微米级精度保持在适当位置。
• 激光系统：工业激光器中的谐振器在运行过程中受热时不得改变其长度，否则发射光的波长会发生变化。

4。 3D 打印中的冶金挑战

殷钢效应是磁致伸缩和热晶格膨胀之间的微妙平衡。这100%取决于确切的化学成分。

在 PBF 和 DED 工艺中，存在合金元素（特别是镍）在熔化过程中蒸发极少的风险，或者极快的冷却将导致镍不均匀分布在基体中（微观偏析）。为了实现恰好为零的 CTE，通常需要在打印后进行复杂的两阶段热处理以使结构均匀化。

5。结论：昂贵，但别无选择

Invar 36 很重、极其昂贵且难以铣削。但如果在温度波动下需要绝对的尺寸稳定性，则没有替代材料。增材制造通过近净形状和随形冷却通道的安装极大地降低了殷钢工具的制造成本，并使该材料首次可用于更广泛的工业应用。