Gibt es Metalle, die einen großen Glaszustand aufweisen?

Kunststoff wird im 3D-FDM / FFF-Druck verwendet, zum Teil, weil er für seinen Glaszustand einen weiten Temperaturbereich hatte - wo er mit etwas Kraft fließen kann, aber nicht nur aufgrund der Schwerkraft fließt.

Die meisten Metalle haben einen sehr engen oder nicht vorhandenen Glaszustand. Sie gehen von fest zu flüssig über, ohne fließfähigen, aber nicht flüssigen Zustand.

Gibt es Metalle oder Legierungen, die einen Glasübergangszustand aufweisen?

Für effektive 3D-Druckmaterialien im Extrusionsstil sind einige Dinge erforderlich:

• Es muss lange genug an der Stelle der Düse bleiben, an der es aushärtet (oder abwechselnd für Pasten und dergleichen muss es ein scherverdünnendes oder thixotropes viskoses Profil haben, damit es nicht unter seinem eigenen Gewicht fließt).
• Wenn ein Filamentextruder verwendet wird, muss dieser einen weiten Viskositätsbereich aufweisen, der über einen beträchtlichen Temperaturbereich allmählich variiert. Dies ist notwendig, um das richtige "Kappenzonen" -Halbschmelzscherverhalten zu entwickeln, das es dem ankommenden Filament ermöglicht, sich wie ein Kolben zu verhalten und vor der Düse Druck zu erzeugen. Pelletextruder stellen ähnliche Anforderungen, beziehen sich jedoch eher auf Schnecken- / Wandscheren als auf Filament- / Wandscheren. Wenn weder Filamente noch Pellets wie Tondrucker verwendet werden, muss das Material mit einer Verdrängerpumpe pumpbar sein. (Es ist möglich, geschmolzenes Metall zu pumpen, aber die Kosten sind ziemlich hoch.)
• Es muss eine Art Bindung mit zuvor abgeschiedenem festem Material eingehen, ohne dass es sich in einem Zustand befinden muss, der schnell fließt und seine Form verliert.
• Es muss eine Kombination aus geringer Schrumpfung, Kriechfähigkeit bei Umgebungstemperatur des Druckers und / oder geringer Steifheit aufweisen, mit der aufeinanderfolgende Schichten gestapelt werden können, ohne dass ein inakzeptables Maß an Verformung auftritt.

Flüssige Metalle neigen dazu, einen Konflikt zwischen "Bleiben, wo Sie es ablegen" und "Verbinden mit der vorherigen Schicht" zu haben. Damit sich das abgeschiedene Metall vollständig verbindet, muss das Grenzflächenmaterial den Schmelzpunkt erreichen, damit eine echte Schmelzschweißung erfolgt. Und um genügend Wärme zuzuführen, um die Grenzfläche ohne eine zusätzliche Wärmequelle wie einen Lichtbogen wieder zu schmelzen, muss die abgeschiedene Metallschmelze sehr heiß sein. So neigt es dazu, zu laufen, während es abkühlt. Hohe Dichte und hohe Wärmekapazität lassen es schnell laufen und langsam abkühlen.

So ziemlich jeder DIY-Metall-3D-Druck (wie er von Drahtvorschub-MIG-Schweißern hergestellt wird) sieht ungefähr so ​​aus:

https://3dprint.com/29944/diy-metal-printing-garage/

Im Vergleich dazu haben Polymere lange Molekülketten, die es ihnen ermöglichen, "diffusionszuschweißen" und zu haften, OHNE die Grenzfläche vollständig neu zu schmelzen. Geschmolzener flüssiger Kunststoff haftet ziemlich effektiv an festem Kunststoff. Die Grenzfläche muss nur so heiß werden, dass eine nennenswerte Diffusion die Molekülketten verflechten kann. Dies tritt zwischen dem Glaspunkt und dem Schmelzpunkt auf, ohne dass eine echte Verschmelzung auftritt. So können Sie geschmolzenen Kunststoff bei einer Temperatur drucken, bei der er lange genug an Ort und Stelle bleibt, um auszuhärten und trotzdem eine gute Haftung zu erzielen.

Metalle neigen auch dazu, sehr steif zu sein, was das Verziehen fördert. Es ist schwierig, eine erwärmte Umgebung mit einer ausreichenden Temperatur zu schaffen, um die thermische Kontraktionsspannung im Verlauf des Drucks ordnungsgemäß abzubauen, wohingegen eine erwärmte Bauplatte und ein warmes Gehäuse bei Kunststoff zu einer Entspannung der Verzugsspannungen im Verlauf des Drucks führen können.

Es ist möglich, 3D-Druckfilamente / -drähte im FDM-Stil aus Metalllegierungen herzustellen, die einen weiten Bereich zwischen Solidus und Liquidus aufweisen. Es wurden Lote und ähnliche Legierungen verwendet . Zwischen den Verzugsspannungen, einer schlechten Schichtbindung durch unzureichendes erneutes Schmelzen der Grenzfläche und der Verwendung von weichen niedrigschmelzenden Legierungen sind die resultierenden gedruckten Teile jedoch gewöhnlich schwächer als wenn sie einfach in einem starken Kunststoff gedruckt worden wären. Beispielsweise ist PEEK fast so stark wie Aluminium, und Kohlefaser- oder Glasfaserverbundkunststoffe können Metalle bei verschiedenen Leistungsmetriken übertreffen. Was nützt es also, mit schwachen, spröden Metalllegierungen zu drucken?

Im Laufe der Jahre haben viele Menschen den Metalldruck im FDM-Stil ausprobiert, aber niemand hat es als lohnend empfunden, ihn langfristig weiterzuverfolgen. Typischere DIY-Metalldruckverfahren wie das 3D-MIG-Schweißen, gefolgt von der Aufräumbearbeitung, führen zu besseren Ergebnissen.

Ich bin kein Experte in diesem Bereich, aber der Artikel unter https://en.wikipedia.org/wiki/Amorphous_metal könnte für Sie relevant sein.

Es gibt einige spezielle Legierungen wie Gold / Silizium und verschiedene auf Titan basierende Legierungen, die bei extrem schneller Abkühlung (z. B. durch Sputtern auf eine sich drehende kalte Oberfläche) zu "Bulk-Metallgläsern" werden. Die Abkühlgeschwindigkeit verhindert die Kristallbildung. Frühe BMGs waren ziemlich stark, aber spröde; Verbesserungen haben die Sprödigkeit und die erforderliche Abkühlgeschwindigkeit verringert.

Ich denke, das Beste, was Sie erreichen werden, ist ein Verbundwerkstoff. In den letzten 2 Jahren sind immer mehr Verbundfilamente auf dem Markt für Consumer-3D-Drucker aufgetaucht. Ich kann ein gutes Beispiel für zusammengesetzte Filamente auf Proto-Pasta sehen . Da das Filament hauptsächlich aus dem Polymer "Bindemittel" bestehen muss, zeigt das Material offensichtlich nicht alle Eigenschaften von beiden.

Betrachten Sie den Verbund aus ABS und Eisen (oder einem anderen Metall auf Eisenbasis), ohne auf die Werkstoffkunde einzugehen. Es ist nicht zu erwarten, dass ein fester Stromkreis aus dem Heizfaden herausgedruckt wird, da das Eisen möglicherweise nicht in alle Richtungen des Heizfadens dargestellt wird, was zu einem Widerstand führt oder eine flache Nichtleitfähigkeit zur Folge hat.

Um Ihre Frage zu beantworten: Mir ist kein wesentlich größerer Glaszustand in einer Art Metall / Legierung bekannt. Ihre beste Wahl ist ein Verbundwerkstoff, aber es hängt von den Anforderungen für Ihr Teil ab, ob ein Verbundwerkstoff funktioniert. Dann haben Sie einen weiteren Kampf, um die richtige Art von Verbundwerkstoff zu finden und das Schlimmste von allem, einen guten Lieferanten

Ich habe einige Zeit damit verbracht, eine FDM-Maschine herzustellen, mit der sich Bronzefilamente drucken lassen. Eine Legierung, die üblicherweise zu Draht verarbeitet wird, weist einen Unterschied zwischen der Solidus- und Liquidus-Temperatur von nur 50 ° C auf. Ich stellte fest, dass man ein herkömmliches heißes Ende herstellen kann, das elektrisch beheizt ist und entweder aus Molybdän oder Wolfram besteht.

Ich habe nicht bestimmt, wie sich die Bronze in der Fest-Flüssig-Zone von 50 Grad verhalten würde. Ich war mehr besorgt über die Löslichkeit des Düsenmaterials in Kupfer, für das ich nur sehr wenige veröffentlichte Daten finden konnte.

Nach meiner Erfahrung beim Schweißen und beim Bedrucken von Kunststoffen mit FDM kann es zu Problemen mit der Schichthaftung kommen. Um wirklich zu verbinden, muss das abgekühlte Material geschmolzen werden, indem das Material in der nächsten Schicht abgelagert wird. Dies wird durch die Temperatur des abgekühlten Materials, die Wärmeleitfähigkeit des Materials und die Neigung des Materials zur Bildung von Oxiden erschwert. Diese können durch Erhitzen des Objekts in einer inerten Atmosphäre gemildert werden.

Um die Frage zu beantworten, schlage ich vor, Bronzelegierungen zu betrachten, da diese bei moderaten Temperaturen schmelzen und weniger oxidationsanfällig sind als Aluminiumlegierungen.