Kovové prášky pro 3D tisk

Přehled

3D tisk, známý také jako aditivní výroba (AM), využívá kovové prášky k vytváření složitých součástí vrstvu po vrstvě přímo z digitálních modelů. Prášky jsou selektivně taveny nebo spojovány přesnými zdroji tepla řízenými geometriemi CAD modelu.

Mezi oblíbené AM procesy pro kovy patří spojování pojivem, depozice řízenou energií, fúze práškového lože, laminace plechů a další. Každý vyžaduje práškový vsázkový materiál se specifickými vlastnostmi, aby se dosáhlo optimální hustoty, povrchové úpravy, rozměrové přesnosti a mechanických vlastností.

Tato příručka poskytuje podrobný pohled na kovové prášky pro 3D tisk, včetně typů slitin, metod výroby prášku, klíčových vlastností prášku, aplikací, specifikací, dodavatelů a úvah o nákupu při získávání materiálu. Užitečné srovnávací tabulky shrnují technické údaje, které pomáhají při výběru a kvalifikaci prášku.

Spojení se znalými dodavateli optimalizovaných 3D tiskových prášků umožňuje výrobcům zlepšit kvalitu tisku, snížit vady a plně využít výhod AM, jako je svoboda designu, rychlejší iterace a konsolidace dílů.

Slitiny pro 3D tiskové prášky

Široká škála kovů a slitin je k dispozici ve formě prášku vhodném pro AM procesy:

Společné slitinové systémy pro Kovové prášky pro 3D tisk

• Nerezové oceli
• Nástrojové oceli
• Titan a slitiny titanu
• Slitiny hliníku
• Niklové superslitiny
• Kobalt-chromové slitiny
• Slitiny mědi
• Drahé kovy

Standardní i zakázkové slitiny lze získat tak, aby splňovaly specifické požadavky aplikace z hlediska odolnosti proti korozi, pevnosti, tvrdosti, vodivosti nebo jiných vlastností.

Metody výroby kovového prášku pro AM

Aditivní výroba využívá kovové prášky vyrobené prostřednictvím:

Typické metody výroby kovového prášku pro 3D tisk

• Rozprašování plynu
• Rozprašování vody
• Plazmová atomizace
• Elektrolýza
• Proces karbonylového železa
• Mechanické legování
• Hydridování/dehydridace kovů
• Sféroidizace plazmy
• Granulace

Sférické atomizované prášky poskytují optimální tok a husté balení potřebné pro většinu AM procesů. Některé techniky umožňují nanočástice nebo částice slitin na míru.

Klíčové vlastnosti kovových tiskových prášků

Mezi kritické vlastnosti prášku pro AM patří:

Vlastnosti kovového 3D tiskového prášku

Charakteristický	Typické hodnoty	Důležitost
Distribuce velikosti částic	10 až 45 mikronů	Ovlivňuje zhuštění, povrchovou úpravu
Tvar částic	Sférické	Zlepšuje tok a balení
Zdánlivá hustota	2 až 4 g/cc	Ovlivňuje hustotu lože
Hustota poklepání	3 až 6 g/cc	Označuje stlačitelnost
Hallův průtok	25-50 s/50g	Zajišťuje hladké nanášení prášku
Ztráta při zapálení	0.1-0.5%	Nízká vlhkost zlepšuje tisk
Obsah kyslíku	<0.1%	Minimalizuje mikrostrukturní vady

Přesné řízení charakteristik, jako je velikost částic, tvar a chemické složení, je zásadní pro dosažení plně hustých AM dílů s požadovanými mechanickými vlastnostmi.

Aplikace z Kovové prášky pro 3D tisk

AM umožňuje složité geometrie nemožné pomocí konvenčních technik:

Aplikace 3D tisku kovů

Průmysl	Používá	Výhody
Aerospace	Lopatky turbín, konstrukce	Volnost designu, snížení hmotnosti
Lékařský	Implantáty, protézy, nástroje	Přizpůsobené tvary
Automobilový průmysl	Odlehčovací prototypy a nástroje	Rychlá iterace
Obrana	Díly dronů, ochranné konstrukce	Rychlé prototypy a krátké série
Energie	Výměníky tepla, rozdělovače	Konsolidace dílů a optimalizace topologie
Elektronika	Stínění, chladicí zařízení, EMI	Komplexní uzavřené struktury

Lehkost, konsolidace součástí a vysoce výkonné slitiny pro extrémní prostředí poskytují klíčové výhody oproti tradičním výrobním metodám.

Specifikace pro 3D tisk kovových prášků

Mezinárodní specifikace pomáhají standardizovat vlastnosti AM prášku:

Normy kovového prášku pro aditivní výrobu

Standard	Oblast působnosti	Parametry	Zkušební metody
ASTM F3049	Průvodce pro charakterizaci kovů AM	Odběr vzorků, analýza velikosti, chemie, defekty	Mikroskopie, difrakce, SEM-EDS
ASTM F3001-14	Titanové slitiny pro AM	Velikost částic, chemie, průtok	Prosévání, SEM-EDS
ASTM F3301	Slitiny niklu pro AM	Analýza tvaru a velikosti částic	Mikroskopie, analýza obrazu
ASTM F3056	Nerezová ocel pro AM	Chemie, vlastnosti prášku	ICP-OES, pyknometrie
ISO/ASTM 52921	Standardní terminologie pro AM prášky	Definice a charakteristiky prášku	Různé

Shoda s publikovanými specifikacemi zajišťuje opakovatelnou, vysoce kvalitní práškovou surovinu pro kritické aplikace.

Globální dodavatelé Kovové prášky pro 3D tisk

Mezi přední mezinárodní dodavatele kovových prášků optimalizovaných pro AM patří:

Výrobci kovových prášků pro 3D tisk

Dodavatel	Materiály	Typická velikost částic
Sandvik	Nerez, nástrojová ocel, slitiny niklu	15-45 mikronů
Praxair	Titan, superslitiny	10-45 mikronů
AP&C	Slitiny titanu, niklu a kobaltu	5-25 mikronů
Přísada pro tesaře	Kobalt chrom, nerez, měď	15-45 mikronů
Technologie LPW	Slitiny hliníku, titan	10-100 mikronů
EOS	Nástrojová ocel, kobalt chrom, nerez	20-50 mikronů

Mnozí se zaměřují na jemné sférické prášky speciálně navržené pro běžné AM metody, jako je tryskání pojiva, fúze práškového lože a řízená depozice energie.

Úvahy o nákupu kovového prášku pro 3D tisk

Klíčové aspekty, které je třeba prodiskutovat s dodavateli kovového prášku:

• Požadované složení a vlastnosti slitiny
• Cílová distribuce velikosti částic a tvar
• Hustota obálky a zatékavost haly
• Povolené úrovně nečistot, jako je kyslík a vlhkost
• Požadované testovací údaje a charakterizace prášku
• Dostupné množství a dodací lhůty
• Zvláštní bezpečnostní opatření pro pyroforické materiály
• Systémy kvality a sledovatelnost původu prášku
• Technické znalosti o požadavcích na prášek specifických pro AM
• Logistické a dodací mechanismy

Úzce spolupracujte s dodavateli se zkušenostmi s optimalizovanými AM prášky, abyste zajistili ideální výběr prášku pro váš proces a součásti.

Výhody a nevýhody kovových 3D tiskových prášků

Výhody vs. omezení kovových prášků pro AM

Výhody	Nevýhody
Umožňuje složité, přizpůsobené geometrie	Vyšší náklady než běžné materiály
Výrazně zkracuje dobu vývoje	Nutná opatření pro manipulaci s práškem
Zjednodušuje montáže a odlehčuje	U vytištěných dílů je často potřeba následné zpracování
Dosahuje vlastností blízkých tvářeným materiálům	Omezení velikosti a objemu
Eliminuje drahé matrice, formy, nástroje	Tepelné namáhání může způsobit praskání a deformaci
Umožňuje konsolidaci dílů a optimalizaci topologie	Nižší objemy výroby než tradiční metody
Výrazně zlepšuje poměr mezi nákupem a odletem	Vyžaduje přísnou charakterizaci prášku a vývoj parametrů

Při správném použití poskytuje metal AM výhody, které mění hru, ale k úspěšné implementaci vyžaduje odborné znalosti.

FAQ

Jak malá může být velikost částic kovového prášku pro AM?

Specializované atomizační techniky mohou produkovat prášek až do 1-10 mikronů, nicméně většina tiskáren kovů pracuje nejlépe s minimální velikostí kolem 15-20 mikronů pro dobrý průtok a balení.

Co způsobuje špatnou povrchovou úpravu tištěných kovových dílů?

Drsnost povrchu vzniká z částečně roztaveného prášku přilnutého k povrchu, rozstřiku, schodišťového stupně a suboptimálních charakteristik lázně taveniny. Použití jemnějších prášků a vytáčení v ideálních parametrech zpracování vyhlazuje povrch.

Fungují všechny metody 3D tisku na kov se stejnými prášky?

I když dochází k překrývání, tryskání pojiva obecně používá širší distribuci velikosti prášku než fúze práškového lože. Některé procesy jsou omezeny na určité slitiny na základě bodů tání nebo reaktivity.

Jak se vyrábí smíšené nebo bimetalické prášky?

Předslitované prášky zajišťují jednotné vlastnosti, ale pro kompozity poskytují fyzické míchání prášku nebo specializované atomizační techniky směsi práškových prvků.

Jak dlouho trvá výměna práškového materiálu v kovové tiskárně?

Úplné propláchnutí a přechod mezi výrazně odlišnými slitinami obvykle vyžaduje 6-12 hodin. Rychlé změny mezi podobnými materiály mohou trvat méně než hodinu.

Závěr

Optimalizované kovové prášky umožňují aditivním výrobním procesům vytvářet složité, robustní kovové součásti s vynikajícími vlastnostmi. Sladění chemického složení slitiny a charakteristik prášku s metodou tisku a požadavky na výkon součásti je zásadní pro vysoce kvalitní výsledky. Díky partnerství se zkušenými dodavateli prášku využívají koncoví uživatelé odborné znalosti v oblasti výroby prášku i 3D tiskových procesů k rychlejšímu a spolehlivějšímu vývoji robustních AM součástí.

znát více procesů 3D tisku