3D tiskový kovový prášek

Přehled o 3D tisk kovového prášku

Kovový prášek pro 3D tisk označuje jemné kovové prášky, které se používají jako suroviny v různých procesech aditivní výroby kovů pro výrobu kovových dílů a výrobků. Mezi nejběžnější kovové prášky používané pro 3D tisk patří nerezová ocel, titan, niklové slitiny, hliník a kobalt-chrom.

Tavení kovových prášků a usměrněné nanášení energie jsou dvě hlavní skupiny kovových 3D tiskových procesů, které využívají kovové prášky k výrobě dílů po vrstvách z modelů CAD. Charakteristiky a materiálové vlastnosti kovových prášků mají významný vliv na kvalitu, přesnost, povrchovou úpravu a výkonnost konečného dílu.

Klíčové údaje:

• Běžné kovové prášky: nerezová ocel, titan, slitiny niklu, hliník, kobalt-chrom.
• Hlavní procesy 3D tisku kovů: Tisk 3D technologií: fúze v práškovém loži, usměrněné nanášení energie.
• Vlastnosti prášku rozhodující pro kvalitu dílů
• Řada možností slitin v závislosti na aplikaci
• Nejrozšířenější použití pro výrobu prototypů a výrobu v různých odvětvích.
• Poskytuje výhody, jako jsou komplexní geometrie, odlehčení, konsolidace dílů.

Typy a složení kovových prášků

Pro 3D tisk je k dispozici mnoho standardních i nestandardních prášků z kovových slitin od různých výrobců materiálů. Většina slitin je optimalizována speciálně pro aditivní výrobní procesy.

Nerezová ocel 316L a Ti-6Al-4V jsou v současnosti nejoblíbenější slitiny používané pro 3D tisk z kovu. Neustále se vyvíjejí a zavádějí nové slitiny se zlepšenými vlastnostmi pro náročné aplikace v leteckém, lékařském, automobilovém a všeobecném strojírenství.

Vlastnosti kovového tiskového prášku

Mezi hlavní vlastnosti kovových prášků, které určují kvalitu dílů a stabilitu procesu, patří:

Velikost částic - 15-45 mikronů
Morfologie - Sférický, dobře tekutý
Chemie - Složení slitiny v rámci přísných tolerancí
Hustota - Klíčové ukazatele zdánlivé hustoty a hustoty odboček
Průtoková rychlost - Kritické pro rovnoměrnou tloušťku vrstvy
Znovupoužitelnost - Obvykle se recykluje až 5-10krát

Distribuce velikosti částic je obzvláště důležitý v optimálním rozmezí velikosti - příliš mnoho jemných nebo velkých částic mimo ideální frakci způsobuje vady. Výrobci usilují o vysokou výtěžnost v rámci úzké specifikace a stálou kvalitu šarže.

Práškové aplikace pro 3D tisk kovů

3D tisk kovových dílů získává na popularitě napříč průmyslovými odvětvími od leteckého průmyslu, přes zdravotnické přístroje a automobilový průmysl až po všeobecné strojírenské aplikace.

Mezi typické aplikace běžných materiálů patří:

Nerezová ocel - zařízení pro manipulaci s potravinami, chirurgické nástroje, potrubí, skříně čerpadel
Titan - Konstrukční díly letadel a rotorových letadel, biomedicínské implantáty
Hliník - Automobilové komponenty, výměníky tepla, sportovní zboží
Niklové superslitiny - Lopatky turbín, součásti raketových motorů, jaderné aplikace
Kobalt Chrome - Náhrady kolenního/hipsterského kloubu, zubní korunky a můstky

Přísada kovu umožňuje vyrábět lehčí, pevnější a výkonnější výrobky. Má ekonomický smysl u drahých materiálů používaných v malých objemech s nestandardní geometrií, jako jsou letecké komponenty. 3D tisk také výrazně zjednodušuje výrobu složitých konstrukcí s vnitřními kanály pro konformní chlazení ve vstřikovacích formách.

Specifikace pro kovové prášky

Byly stanoveny mezinárodní a průmyslové normy, které zajišťují splnění požadavků na kvalitu pro průmyslové výrobní použití kovových AM prášků:

Výrobci poskytují certifikáty šarží prášku s výsledky zkoušek prokazujícími shodu s normami pro většinu běžných materiálů, jako je 316L nebo Ti64.

Výroba kovového prášku Dodavatelé a náklady

Široká škála kovových prášků pro aditivní výrobu je k dispozici jak od velkých konglomerátů, tak od menších specializovaných výrobců po celém světě. Mezi přední dodavatele patří např:

Výrobci kovových prášků

Náklady na kovový prášek

Cena závisí na slitině, kvalitě, výrobci, objemu nákupu, regionu atd. Slitiny na zakázku mohou stát několikanásobně více než standardní třídy. Prášek se na nákladech na výrobu AM podílí největší měrou, proto se uživatelé snaží o jeho co nejčastější opakované použití.

Porovnání procesů 3D tisku kovů

Existují dvě hlavní skupiny aditivních výrobních technik vhodných pro kovové materiály. Fúze v práškovém loži (PBF) a Usměrněná depozice energie (DED). V rámci těchto metod existují různé metody s drobnými odchylkami v závislosti na zdroji tepla použitém pro lokální tavení vrstev kovového prášku.

Metody fúze v práškovém loži:

• Selektivní laserové tavení (SLM)
• Selektivní laserové slinování (SLS)
• Tavení elektronovým paprskem (EBM)

Metody usměrněné depozice energie:

• Laserové nanášení kovů (LMD)
• Tvarování sítě pomocí laseru (LENS)

Porovnání metod 3D tisku kovů

DED je vhodnější pro velké kovové díly, jako jsou opravárenské formy nebo skříně turbín, kde rozměrová přesnost není příliš kritická. PBF nabízí podstatně lepší kvalitu povrchu a rozlišení pro malé součásti se složitými detaily, jako jsou mřížky. Možnosti materiálů pro DED jsou širší, včetně reaktivních slitin.

Oba procesy využívají klíčové výhody technologie AM pro kovy, jako je přizpůsobení, konsolidace dílů a lehké konstrukce. Pro výrobní použití poskytuje hybridní výroba kombinující kovový 3D tisk a CNC obrábění optimální rovnováhu mezi geometrickou složitostí a přesností.

Výhody aditivní výroby kovů

Využití 3D tisku pro výrobu kovových součástí nabízí různé technické a ekonomické výhody, které vedou k jeho zavádění v různých průmyslových odvětvích:

Výhody technologie AM pro kovy

• Volnost návrhu pro složité organické tvary s optimalizací topologie
• Výrazné snížení hmotnosti díky mřížkám a tenkým stěnám
• Snížení počtu dílů konsolidací sestav
• Geometrie na míru přizpůsobené zatížení a funkcím
• Nulové nástroje, přípravky a rychlé výměny ideální pro malé objemy.
• Snížení materiálového odpadu ve srovnání se subtraktivními technikami

Lehčí kované titanové držáky pro letadla, kraniální implantáty přizpůsobené pacientům a zjednodušené palivové trysky motorů jsou příklady, kde kovová AM přináší hodnotu oproti konvenčním výrobním postupům.

Omezení aditivní výroby kovů

Navzdory výhodám má aditivní zpracování kovů některá procesní omezení, která v současné době brání jeho použití v mnoha aplikacích:

Omezení technologie Metal AM

• Vysoké náklady na vybavení a materiál
• Omezený výběr slitin a mechanických vlastností
• Nižší výkon ve srovnání s metodami hromadné výroby
• Následné zpracování, jako je odstraňování podpěr a povrchová úprava, prodlužuje čas.
• Kvalifikační a certifikační požadavky v regulovaných odvětvích
• Rozměrové nepřesnosti a nižší opakovatelnost
• Vyšší drsnost povrchu vyžadující dokončovací práce
• Zbytková napětí vznikající při stavbě

Tyto technické a ekonomické překážky znamenají, že AM je nejvhodnější pro malé série, kde výhody převažují nad omezeními. Hybridní subtraktivní techniky pomáhají řešit nedostatky u přesných součástí. Probíhající výzkum a vývoj hardwaru a materiálů zaměřený na kvalitu, rychlost a optimalizaci parametrů zlepšuje průmyslovou životaschopnost.

FAQ

Zde jsou některé běžné otázky týkající se kovových prášků pro procesy AM:

Otázka: Jaké jsou v současnosti nejpoužívanější kovové slitiny pro 3D tisk?

A: nerezová ocel 316L, titanová slitina Ti-6Al-4V, hliníková slitina AlSi10Mg, niklové superslitiny Inconel 625 a 718 a kobalt-chromové slitiny CoCr.

Otázka: Jaké testování se provádí, aby se zajistila konzistence kvality šarží kovových tiskových prášků?

Odpověď: Dodavatelé provádějí testování podle průmyslových norem, aby ověřili, že chemické složení je v tolerancích, distribuce velikosti částic odpovídá ideálním frakcím optimalizovaným pro procesy AM, morfologie a tvar prášku jsou sférické, zdánlivá a kohoutková hustota odpovídá rozsahu pro dobrý tok a průtok je vhodný.

Otázka: Je povinný původní kovový prášek, nebo lze použít i recyklovaný prášek?

Odpověď: V závislosti na aplikaci lze použít jak původní prášek, tak i recyklovaný prášek z předchozích výrob, obvykle až 5-10 cyklů opakovaného použití před obnovením původním materiálem.

Otázka: Jak se vyrábí kovové prášky pro AM?

Odpověď: Mezi běžné výrobní techniky patří plynová atomizace, plazmová atomizace a elektrolytické procesy. Ty poskytují jemné sférické prášky vhodné pro roztírání tenkých rovnoměrných vrstev požadovaných v kovových PBF.

Otázka: Co způsobuje vady kovových dílů vytištěných na 3D tiskárně v souvislosti s prášky?

Odpověď: Kontaminanty v prášcích, příliš mnoho satelitů nebo nepravidelných částic mimo specifikace rozmezí velikosti, problémy s degradací prášku během cyklů opakovaného použití a problémy s tloušťkou vrstvy nebo rovnoměrností při nanášení a opětovném nanášení.

Otázka: Jak mohou kupující vybrat a získat optimální typ a kvalitu kovového prášku?

Odpověď: Renomovaní výrobci, kteří poskytují komplexní materiálové listy, certifikáty o analýze výrobních šarží, shodu s průmyslovými normami, jako je ASTM F3049, důkazy o přísných testech kontroly kvality a záruky týkající se chemického složení, distribuce velikosti výtěžků atd., poskytují spolehlivost a konzistenci, které jsou pro průmyslové aplikace AM nezbytné.

Závěr

Souhrnně řečeno, jemné sférické kovové prášky s přísně kontrolovanými vlastnostmi hrají zásadní roli jako základní surovina pro aditivní výrobu přesných kovových součástí v leteckém, lékařském, automobilovém a strojírenském průmyslu.

V současné době se v průmyslové výrobě používají převážně nerezová ocel, titan, hliník, niklové superslitiny a kobalt-chrom. Kvalita dílů, přesnost, vlastnosti materiálů a stabilita procesu do značné míry závisí na velikosti, tvaru, chemickém složení, hustotě a parametrech toku prášku.

S rozšiřující se kvalitou a výběrem slitin a zvyšující se produktivitou zařízení se zdá, že 3D tisk může změnit výrobu v různých odvětvích tím, že umožní vyrábět lehčí, pevnější a vysoce výkonné výrobky s dříve nemožnými návrhy topologicky optimalizovaných dílů konsolidovaných ze sestav.

znát více procesů 3D tisku