Prášky pro 3D tisk

3D tisk, známý také jako aditivní výroba (AM), využívá specializované prášky ke konstrukci trojrozměrných součástí postupným vrstvením. Tento průvodce slouží jako podrobná reference o prášcích pro 3D tisk - zkoumá typy, vlastnosti, specifikace, výrobní metody, klíčové dodavatele a ceny, aplikace v různých odvětvích, srovnání s alternativami, nejčastější dotazy a další.

Přehled o Prášky pro 3D tisk

Prášky pro 3D tisk jsou suroviny, které umožňují aditivní výrobu dílů z plastů, kovů a keramiky. Klíčové vlastnosti:

• Stát: Ultrajemné prachové částice
• Rozsah velikostí: Obvykle 10-150 mikronů
• Morfologie: Nejčastěji kulovitý tvar částic
• Složení: Polymer, slitina kovů, keramika, směsi pískovce
• Klíčové vlastnosti: Upravená distribuce velikosti částic, tekutost, hustota balení a mikrostruktura.

Díky přísné kontrole fyzikálních vlastností prášků a jejich interakcí s tepelnými/kinetickými tiskovými procesy umožňují prášky pro 3D tisk složité geometrie dílů a gradienty složení materiálu, kterých jinak nelze dosáhnout.

Typy 3D tiskových prášků

Kategorie	Materiály	Způsob tisku
Plasty	Nylony, ABS, TPU, PEKK, PEEK...	Selektivní laserové slinování (SLS)
Kovy	Nerezové oceli, nástrojové oceli, titan a slitiny, superslitiny...	Přímé laserové slinování kovů (DMLS)
Keramika	Oxid hlinitý, zirkoničitý, karbid křemíku	Tryskání pojiva, modelování metodou tavené depozice
Kompozity	Směsi kovu a plastu, směsi pískovce	Multijetová fúze (MJF), nanášení vázaných kovů
Biokompatibilní	PEEK, PLGA, TCP...	Selektivní laserové tavení (SLM)

Tabulka 1: Hlavní kategorie, materiály a související tiskové platformy pro komerční 3D tiskové prášky

Polymerní, kovové, keramické a kompozitní prášky podporují výrobu dílů pro konečné použití v leteckém, automobilovém, lékařském, zubním a průmyslovém průmyslu.

Výrobní metody

Metoda	Popis	Vhodnost materiálu	Výhody	Nevýhody
Atomizace	Tento souhrnný termín zahrnuje různé techniky, které rozkládají roztavený kov na jemné částice. Roztavený kov je protlačován tryskou do vysokotlakého proudu plynu nebo vody, čímž dochází k rychlému tuhnutí kapiček do kulovitých částic.	Kovy (železo, hliník, slitiny titanu)	- Vysoká výrobní rychlost - Konzistentní velikost a tvar částic - Dobrá sypkost prášku	- Vyžaduje vysoký příkon energie - Možnost tvorby oxidů na částicích - Omezeno na určité materiály
Atomizace plynu	Nejběžnější metoda atomizace, při níž se k rozbití roztaveného kovu používá inertní plyn (obvykle dusík).	Podobně jako atomizace, ale obecně lepší kvalita povrchu a přísnější kontrola velikosti částic.	- Vynikající kvalita prášku ve srovnání s jinými metodami atomizace - Vhodné pro reaktivní kovy	Podobně jako atomizace, ale s vyššími náklady na vybavení
Atomizace vody	Využívá vysokotlaký vodní paprsek k roztříštění roztaveného kovu. Je nákladově efektivnější než plynová atomizace, ale vytváří méně sférické částice.	Některé kovy (železo, měď) a některé polymery	- Nižší náklady než u plynové atomizace - Vhodné pro materiály citlivé na vlhkost	- Nižší kvalita prášku (nepravidelné tvary) - nemusí být ideální pro vysoce výkonné aplikace
Plazmová atomizace	Elektrický oblouk zahřívá vstupní materiál (kovový drát nebo prášek) do roztaveného stavu. Roztavený kov je poté vystřelen tryskou a rozprašován pomocí plazmového hořáku.	Široká škála materiálů (kovy, slitiny, keramika)	- Lze zpracovávat materiály s vysokým bodem tání - Vhodné pro vytváření kompozitních prášků	- Složitý a nákladný proces - Vyžaduje přísná bezpečnostní opatření
Mechanická pulverizace	Fyzikální proces, při kterém se sypký materiál rozemele nebo rozemele na jemný prášek.	Křehké materiály (keramika, některé polymery)	- Jednodušší a levnější nastavení ve srovnání s jinými metodami	- Omezená kontrola nad velikostí a morfologií částic - Při mletí se mohou objevit nečistoty
Chemické napařování (CVD)	Chemický proces, při němž plynné prekurzory reagují za vzniku pevné usazeniny na počáteční částici.	Kovy, keramika a některé pokročilé materiály	- Vysoká čistota a přesná kontrola složení částic - Možnost vytváření složitých geometrií	- Pomalý proces s omezenou rychlostí výroby - Vysoké kapitálové investice
Elektrolytická atomizace	V elektrolytickém článku se kovová anoda rozkládá na ionty. Ionty se pak spojí s elektrony na katodě a vytvoří kovové částice.	Kovy	- Proces šetrný k životnímu prostředí (vyhýbá se vysokým teplotám) - Vhodný pro materiály citlivé na vlhkost	- Nižší výrobní rychlost než u atomizačních metod - Omezeno na určité elektrolyty a anodové materiály
Sféroidizace	Další proces používaný ke zlepšení tvaru nepravidelně tvarovaných prášků vyráběných jinými metodami. Zahrnuje tepelné zpracování nebo chemické procesy, které podporují aglomeraci částic do koulí.	Většina typů prášků (kovy, polymery, keramika)	- Zlepšuje tekutost prášku a hustotu balení - Zlepšuje tisknutelnost	- Přidává další krok zpracování - nemusí být nutný pro všechny aplikace.

Vlastnosti Prášky pro 3D tisk

Vlastnictví	Popis	Význam pro 3D tisk	Příklady a úvahy
Velikost a distribuce částic	Vztahuje se k variabilitě velikosti jednotlivých částic prášku a k celkovému rozptylu v různých rozmezích velikosti. Měří se v mikrometrech (µm).	Hraje zásadní roli při tisku, rozlišení a výsledné hustotě dílů. – Příliš velký: zhoršená tekutost, nerovnoměrné rozmetání a možnost vzniku závad při hrabání. – Příliš malý: zvýšená plocha povrchu může vést ke spékání a špatnému balení, což ovlivňuje pevnost.	– SLS (selektivní laserové slinování): Obecně dává přednost jemnějším práškům (20-80 µm) pro detailní rysy. – MJF (Multi Jet Fusion): Díky schopnosti technologie inkoustového tisku překonat omezení průtoku lze použít o něco větší částice (50-100 µm). – Kovové prášky: Těsné rozložení (úzký rozsah) je ideální pro dobrou hustotu balení a minimální pórovitost konečného dílu.
Morfologie částic	Tvar jednotlivých částic prášku.	Ovlivňuje to, jak dobře se částice sbalí, tekutost a povrchovou úpravu konečného dílu. - Sférické: Nabízejí nejlepší hustotu balení a tekutost, což vede k pevným a stejnoměrným dílům. - Nepravidelné tvary: Mohou vytvářet mezery a nesrovnalosti, což může mít vliv na pevnost a kvalitu povrchu.	– Práškové plasty: Obecně sférické nebo téměř sférické pro optimální tisk. - Kovové prášky: Může se lišit v závislosti na kovu a způsobu výroby. Upřednostňuje se sférická morfologie, ale lze jí dosáhnout i technikami následného zpracování, jako je atomizace.
Tekutost	Snadnost, s jakou prášek teče pod vlastní vahou nebo s minimální smykovou silou.	Je to důležité pro konzistentní nanášení materiálu a rovnoměrné vytváření vrstev během tisku. - Dobrá tekutost: Zajišťuje plynulé roztírání a minimalizuje riziko vzniku defektů vrstvy. - Špatná tekutost: Může vést k nerovnoměrnému usazování, nesrovnalostem a potenciálním problémům s tiskem.	– Prášky s úzkou distribucí velikosti částic mají tendenci lépe proudit kvůli menšímu rušení velikostí částic. - Přísady a povrchové úpravy lze použít ke zlepšení tekutosti snížením tření mezi částicemi.
Hustota balení	Míra toho, jak těsně mohou být částice prášku nabaleny na sebe. Vyjadřuje se v procentech celkového objemu, který prášek zaujímá.	Ovlivňuje konečnou hustotu, pevnost a rozměrovou přesnost vytištěného dílu. - Vysoká hustota balení: Výsledkem jsou hustší díly s lepšími mechanickými vlastnostmi a rozměrovou přesností. - Nízká hustota balení: Výsledkem jsou díly s vyšší pórovitostí, potenciálně slabší a rozměrově méně přesné.	– Tvar částic hraje významnou roli. Sférické částice se nabalují účinněji než částice nepravidelných tvarů. - Procesy, jako je tryskání pojiva mohou mít prospěch z mírně nižší hustoty balení, která umožní správnou infiltraci pojiva.
Spékavost	Schopnost částic prášku spojit se nebo se spojit během procesu 3D tisku, obvykle působením tepla nebo laserové energie.	Zásadní pro dosažení pevných a funkčních tištěných dílů. - Dobrá spékavost: Umožňuje pevné spojení mezi částicemi, což vede k robustním a funkčním dílům. - Špatná spékavost: Může mít za následek slabé spoje a potenciální selhání dílu při namáhání.	– Materiálové složení: Kovy mají obecně dobrou spékavost díky své přirozené schopnosti vytvářet pevné vazby při vysokých teplotách. - Polymerní prášky často vyžadují specifické přísady nebo následné zpracování (např. spékací pece), aby se zlepšilo lepení.
Chemické složení	Elementární složení práškového materiálu.	Určuje konečné vlastnosti tištěného dílu, jako je pevnost, tepelná odolnost a biokompatibilita. - Výběr materiálu je rozhodující na základě požadované aplikace a funkčních požadavků. - Prášky lze míchat k dosažení specifických vlastností (např. kombinace kovů pro zlepšení poměru pevnosti a hmotnosti).	– Kovové prášky mohou sahat od čistých kovů, jako je titan, až po složité slitiny s přizpůsobenými vlastnostmi. - Polymerní prášky mohou zahrnovat nylony, polyamidy a biokompatibilní materiály pro lékařské aplikace.
Tepelné vlastnosti	Chování práškového materiálu při různých teplotách, včetně teploty tání, tepelné vodivosti a koeficientu tepelné roztažnosti.	ovlivňují faktory, jako je rozměrová stabilita, deformace a tepelné zkreslení během tisku a následného zpracování. - Řízené vytápění je nezbytné, aby nedošlo k překročení tepelných limitů materiálu a vzniku vad dílu. - Sladění tepelných vlastností prášku a stavební platformy minimalizuje deformace a zajišťuje rozměrovou přesnost.	– Kovové prášky mají často vysoké teploty tání a vyžadují přesné řízení teploty při procesech založených na laseru, jako je SLM (Selective Laser Melting). - Polymerní prášky může při nižších teplotách změknout nebo se roztavit,

Specifikace 3D tiskového prášku

Vlastnictví	Popis	Vliv na tisknutelnost a kvalitu dílů	Příklady materiálů
Velikost a distribuce částic	Vztahuje se na průměry jednotlivých částic a jejich variabilitu v rámci prášku. Měří se v mikronech (µm).	Jemné prášky ( 100 µm) zlepšují tekutost, ale mohou omezovat detaily a zvyšovat drsnost povrchu. Úzké rozdělení velikosti zajišťuje konzistentní balení a chování při tisku.	Polymery: Nylon (15-75 µm), polypropylen (40-100 µm)
Morfologie částic	Tvar jednotlivých částic prášku.	Sférické částice volně proudí a efektivně se balí, což vede k dobré tisknutelnosti. Nepravidelné tvary mohou zlepšit spojování mezi částicemi, ale mohou způsobovat problémy s tokem a vyžadovat specifické tiskové techniky.	Polymery: Vzhledem k výrobním postupům jsou typicky kulovité.
Zdánlivá hustota a hustota balení	Zdánlivá hustota je hmotnost prášku na jednotku objemu v sypkém stavu. Hustota balení je maximální hustota dosažitelná po naklepání nebo vibraci.	Zjevná hustota ovlivňuje tok prášku a manipulaci s ním. Hustota balení ovlivňuje konečnou hustotu tištěného dílu a jeho mechanické vlastnosti. Vyšší hustota balení obecně vede k pevnějším dílům.	Polymery: Zdánlivá hustota (0,3-0,8 g/cm³), hustota balení (0,5-0,9 g/cm³).
Tekutost	Snadnost, s jakou prášek proudí pod vlivem gravitace nebo s minimálním mícháním.	Dobrá tekutost je zásadní pro rovnoměrné roztírání prášku během tisku. Špatná tekutost může vést k nesourodosti vrstev a vadám tisku.	Polymery: Díky své kulovité morfologii jsou typicky sypké. Ke zlepšení tekutosti lze použít aditiva.
Obsah vlhkosti	Množství vodní páry zachycené v částicích prášku.	Nadměrná vlhkost může způsobit problémy při tisku, například výbuchy páry nebo nekonzistentní chování při tavení. Většina prášků vyžaduje přísnou kontrolu vlhkosti.	Polymery: Obvykle velmi nízký obsah vlhkosti (< 0,1 hm.-%), aby se zabránilo hydrolýze a zajistilo konzistentní chování při tisku.
Chemické složení a čistota	Elementární složení prášku a přítomnost případných nečistot.	Chemické složení určuje konečné vlastnosti tištěného dílu. Nečistoty mohou ovlivnit tisknutelnost, mechanické vlastnosti a kvalitu povrchu.	Polymery: Pro zajištění stálých vlastností a tisknutelnosti se používá materiál vysoké čistoty.
Tepelné vlastnosti	Teplota tání, teplota skelného přechodu (Tg) polymerů a tepelná vodivost.	Tepelné vlastnosti ovlivňují parametry tiskového procesu a konečnou mikrostrukturu vytištěného dílu.	Polymery: Teplota tání a Tg jsou rozhodující pro nastavení parametrů tisku, jako je výkon laseru nebo teplota tiskového lůžka.

Dodavatelé prášku pro 3D tisk

Materiál	Klíčové aplikace	Reprezentativní dodavatelé	Úvahy
Polymerní prášky	- Prototypování - Funkční díly - Zdravotnické prostředky - Spotřební zboží	* Polyamid (nylon): BASF, Evonik, Arkema * Kyselina polymléčná (PLA): NatureWorks, ExxonMobil Chemical, DuPont * Polypropylen (PP): Royal DSM, SABIC, Repsol	* Velikost a distribuce částic ovlivňuje tisknutelnost a konečné vlastnosti dílů. * Vlastnosti materiálů, jako je tepelná odolnost, pružnost a biokompatibilita, se liší. * Zvažte chemickou kompatibilitu s technikami následného zpracování.
Kovové prášky	- Letecké a kosmické komponenty - Automobilové díly - Lékařské implantáty - Nástroje a lisovací nástroje	* Slitiny titanu: AP Powder Company, Höganäs, GE Additive * Nerezová ocel: Carpenter Additive Manufacturing, SLM Solutions, EOS GmbH * Slitiny hliníku: Rio Tinto Alcan, DLP Manufacturing, Exone	* Morfologie (tvar) prášku ovlivňuje tekutost a hustotu balení. * Velikost zrn ovlivňuje mechanické vlastnosti konečného dílu. * Při manipulaci s reaktivními kovovými prášky mají zásadní význam bezpečnostní protokoly.
Kompozitní prášky	- Lehké konstrukce s vysokou pevností - Vodivé komponenty - Biokompatibilní implantáty s vylepšenými vlastnostmi	* Kompozity polymerů a kovů: LPW Technology, Markforged, Desktop Metal * Keramicko-kovové kompozity: Sandvik Hyperion, Extrude Hone, Plasma Technik * Kompozity z polymerních a uhlíkových vláken: Stratasys, Desktop Metal, Henkel	* Výběr závisí na požadované kombinaci vlastností (pevnost, vodivost, biokompatibilita). * Rozhraní mezi různými materiály vyžaduje pečlivé zvážení optimálního výkonu. * V porovnání s prášky z jednoho materiálu může být nutné upravit parametry tisku.

Aplikace z Prášky pro 3D tisk

Tiskové prášky jedinečným způsobem usnadňují tisk složitých, na míru přizpůsobených geometrií dílů v různých průmyslových odvětvích:

Průmysl	Příklady komponent	Výhody
Aerospace	Lopatky turbín, trysky raket, podvozky bezpilotních letadel	Snížení hmotnosti, zvýšení výkonu
Lékařský	Implantáty přizpůsobené pacientovi, protetika	Personalizovaná velikost, biologická kompatibilita
Automobilový průmysl	Výměníky tepla, lehké prvky podvozku	Konsolidace dílů, efektivita
Průmyslový	Zakázková výroba nástrojů, přípravků	Zkrácení lhůt pro vývoj

Tabulka 5: Hlavní odvětví, která využívají možnosti práškového 3D tisku

Schopnost rychle iterovat návrhy a ekonomicky tisknout krátké série umožňuje inovaci dílů pro konečné použití.

Výhody a nevýhody 3D tisku na bázi prášku

Klady	Nevýhody
Vysoká přesnost a rozlišení	Manipulace s práškem a bezpečnost
Široká škála materiálů	Omezená velikost sestavy
Minimální podpůrné struktury	Požadavky na následné zpracování
Rychlé výrobní rychlosti	Vysoká počáteční investice

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaký rozsah velikosti částic je nejlepší pro kovové 3D tiskové prášky?

Odpověď: 10-45 mikronů usnadňuje dobré balení a roztírání a zároveň zabraňuje problémům s ultrajemnými prášky při manipulaci s práškem. Většina slitin se dobře chová při distribuci 30±15 μm.

Otázka: Který proces 3D tisku z polymerního prášku nabízí nejlepší mechanické vlastnosti?

Odpověď: Selektivní laserové spékání (SLS) umožňuje vynikající tavení a výrobu jemných prvků - vytváří vysoce výkonné plastové díly, které se vyrovnají vstřikování nebo jej dokonce předčí.

Otázka: Jak dlouho vydrží nepoužitý 3D tiskový prášek ve skladu?

Odpověď: Prášky se uchovávají uzavřené pomocí vysoušedla před vlhkostí v chladném a suchém prostředí - zachovávají si průtokové vlastnosti nejméně 12 měsíců. Dokonce i otevřené prášky vydrží 6 a více měsíců před znatelnou degradací.

Otázka: Má kvalita výchozího prášku významný vliv na vlastnosti vytištěného dílu?

Odpověď: Ano, chemická čistota prášku a odpovídající kontrola vlastností prášku výrazně určují mechanické vlastnosti, estetiku, rozměrovou přesnost a spolehlivost finálního dílu.

znát více procesů 3D tisku