Prášky pro aditivní výrobu

Přehled o Prášky pro aditivní výrobu

Prášky pro aditivní výrobu se vztahují na materiály kovových slitin vyráběné v práškové formě speciálně pro techniky 3D tisku, jako je selektivní laserové tavení (SLM), přímé laserové spékání kovů (DMLS), tavení elektronovým svazkem (EBM) a tryskání pojiva. Optimalizované rozložení velikosti částic, morfologie, chemie a vlastnosti prášku usnadňují přesné slévání vrstvu po vrstvě do součástí pro konečné použití.

Tabulka 1: Přehled vlastností prášku pro aditivní výrobu

Díky pečlivé kontrole vlastností, jako je tvar částic, jejich velikost, chemické složení a mikrostruktura, prášky AM hladce tečou, hustě se nabalují a důsledně se spojují vrstvu po vrstvě, čímž vznikají složité a robustní kovové součásti s mechanickými vlastnostmi, které odpovídají nebo převyšují tradiční výrobní postupy.

Metody výroby kovového prášku pro AM

Aditivní prášky využívají několik primárních výrobních cest k vytvoření jemných sférických prášků s požadovaným chemickým složením, tvorbou zrn, morfologií povrchu, úrovní pórovitosti a distribucí částic, které jsou vyžadovány procesy AM.

Tabulka 2: Srovnání metod výroby aditivního prášku pro aditivní výrobu

S rozvojem hardwaru AM, který umožňuje jemnější rozlišení až na 20 mikronů, se stává zásadní těsnější rozdělení velikosti částic prášku se středem mezi 15 a 45 mikrony, což vyžaduje větší využití plynu a plazmy pro atomizaci, což usnadňuje sférický meteoritický prášek ideální pro husté balení a hladké hrabání.

Sladění výrobní trasy s požadavky zamýšleného procesu AM zajišťuje optimální specifikace prášku, které vyvažují kompromisy v oblasti výkonu.

Typy prášků pro aditivní výrobu kovů

Různé kovové slitiny vyráběné v práškové formě jsou nyní široce rozšířeny napříč technikami AM, od levných polymerů až po drahé žáruvzdorné superslitiny, a to díky větší konstrukční svobodě, která usnadňuje konsolidaci dílů, a vyšším vlastnostem přesahujícím limity odlévání nebo obrábění.

Tabulka 3: Běžné kovové práškové materiály používané pro AM

Optimalizované prostředí pro tavení v práškovém loži usnadňuje zpracování tradičně náročných složení materiálů nad rámec běžných výrobních překážek. To umožňuje inovace v oblasti tepelného managementu elektronických obalů, ventilů a čerpadel pro ropu a plyn v extrémních prostředích, komponentů pro automobilové závody a satelitního hardwaru.

Pečlivý výběr optimální slitiny s ohledem na konstrukční priority týkající se hmotnosti, nákladů, pevnosti a kompatibility s životním prostředím usnadňuje výrobu ideálních vysoce výkonných aditivních dílů, které jsou nesrovnatelné se staršími procesy.

Klíčové vlastnosti prášků pro aditivní výrobu

Aby bylo zajištěno hladké a účinné nanášení materiálu, které je rozhodující pro dosažení hustých tištěných součástí bez vad, musí práškové produkty pro aditivní výrobu splňovat přísné požadavky týkající se jejich tokových vlastností, zdánlivé hustoty, zbytkové pórovitosti, mikrostruktur a limitů kontaminace.

Tabulka 4: Typické vlastnosti kovového prášku AM

Ověřování kritických vlastností prášku při výrobě pomocí pokročilých přístrojů usnadňuje opakovatelnost při překonávání odchylek vlastností mezi jednotlivými šaržemi pomocí statistických úprav procesu v reálném čase.

Sladění dobře charakterizovaného prášku se stabilními procesy vytváření s přísnými tolerancemi stroje zajišťuje spolehlivou výrobu AM.

Specifikace pro prášky pro aditivní výrobu kovů

Pro zajištění vysoké kvality komponentů hardwarových systémů AM musí prášky z kovových slitin splňovat přísnější chemické kontroly a rozměrové distribuce ve srovnání s konvenční práškovou metalurgií určenou pouze pro zhutňování a spékání.

Tabulka 5: Typické hodnoty specifikace prášku přísad

Sledování pokročilých vzorců pro koeficient rovnoměrnosti a poměr průtoku vyvinutých pro kovový prášek AM poskytuje hlubší vhled do problematiky než pouhý Hallův průtok a zajišťuje spolehlivý výkon aplikace.

A díky speciálnímu přizpůsobení distribuce velikosti práškové chemikálie aktivně usnadňují zlepšení procesů, které se honí za jemnějším rozlišením, vyšší rychlostí sestavování a delšími nepřerušovanými výrobními cykly, které jsou klíčové pro zavedení AM.

Třídy a normy pro prášky pro aditivní výrobu

Vzhledem k tomu, že aditivní výroba proniká do regulovaných prostředí zahrnujících letecký, lékařský, automobilový a průmyslový průmysl, jsou standardizované metody specifikace, testování, certifikace a kontroly kovových prášků zásadní pro zajištění opakovatelnosti, kvality a bezpečnosti.

Tabulka 6: Vznikající normy pro kovové prášky AM

S dalším pronikáním AM do komerčního a obranného průmyslu, který vyžaduje přísné ověřování a sledovatelnost dílů, se stávají povinnými standardizované zkušební postupy, dokumentace kontrolního řetězce, četnost vzorkování šarží, kontrola prostředí v zařízeních a školení personálu. Dodržování předpisů zajišťuje uživatelům úplný původ materiálu a transparentnost procesů, což usnadňuje přísnost kvalifikace očekávanou v kritických aplikacích.

Vládní agentury také podporují probíhající vývoj v oblasti specifikací materiálů, zkušebních technik a osvědčených postupů, protože AM se rozvíjí na různých trzích. Spolupráce mezi výrobci prášků, výrobci OEM tiskáren a průmyslovými uživateli bude i nadále podporovat lepší srovnávání, které zlepší výkonnost a spolehlivost v reálném světě.

Aplikace kovových aditivních prášků

Díky rozšiřujícím se možnostem tiskových systémů a dostupnosti optimalizovaných prášků pro potřeby AM mění aditivní výroba ekonomiku výroby v mnoha odvětvích od leteckého průmyslu až po spotřební zboží.

Tabulka 7: Primární aplikace prášků pro aditivní výrobu kovů

Díky rozšiřujícím se možnostem materiálů a větším dostupným objemům výroby mění technologie AM kovy výrobní překážky, kterým čelí konvenční procesy - umožňují vyšší pevnost, odlehčení, zvýšenou tepelnou odolnost díky generativním chladicím kanálům, konsolidaci dílů a zkrácení celkové doby výroby.

Tyto výrobní výhody podněcují zavádění technik AM, které vytlačují tradiční výrobu napříč odvětvími citlivými na náklady, jakmile si uvědomíme ekonomiku rozsahu. Pokračující inovace materiálů slibují rozšíření aplikací do dalších extrémních chemických, tlakových, korozivních a zátěžových prostředí.

Dodavatelé kovových AM prášků

Široká škála výrobců prášků nyní dodává specializované kovové materiály pro potřeby aditivní výroby napříč startovacím zařízením pro menší dílny až po velké poskytovatele leteckých a kosmických služeb prvního řádu a inovátory zakázkových slitin, kteří posouvají hranice možností AM.

Tabulka 8: Přední dodavatelé kovových prášků pro aditiva

Tito lídři v oblasti práškové technologie aktivně spolupracují v rámci AM průmyslu spolu s výrobci OEM tiskáren, výzkumníky a standardizačními skupinami na neustálém zlepšování rozměrové opakovatelnosti, snižování míry pórovitosti a zlepšování estetiky a mechanických specifikací hotových součástí.

Analýza nákladů na kovové prášky AM

Ceny běžných kovových AM prášků se výrazně liší v závislosti na složení, způsobu výroby, úrovni distribuce, požadavcích na testování a objemu nákupu - obecně však dosahují značných příplatků oproti běžným práškům pouze pro lisovací a spékací aplikace.

Tabulka 9: Ceny kovových přísad v prášku

Cenové zvýhodnění oproti konvenčním práškům je důsledkem mnohem menších velikostí dávek, vyšších vstupních nákladů na materiál a rozdílů ve zpracování, které optimalizují vlastnosti, jako je sféricita a řízená chemie usnadňující potřeby AM.

S rozšířením tiskáren, větší konkurencí a rozšířením výroby se pravděpodobně budou náklady postupně snižovat v průběhu 5 až 10 let - podle typického plánu technologické vyspělosti. Ceny speciálních tříd však zůstanou výrazně vyšší, což odráží základní dynamiku trhu s kovovými vstupy.

FAQ

Otázka: Jak se použité/recyklované kovové prášky AM omlazují pro další tiskové cykly?

Odpověď: Prášky se prosévají, aby se odstranily velké částice přesahující 100 mikronů, chemicky se vyváží, čímž se obnoví hladina kyslíku a dusíku, a smíchají se s proporcionálními panenskými materiály, čímž se zajistí vhodné opětovné použití bez zhoršení kvality konečného vytištěného dílu.

Otázka: Jaké kritické specifikace se nejvíce liší mezi AM a konvenčními lisovacími prášky?

Odpověď: Užší distribuce velikosti částic v průměru 25 mikronů, vyšší zdánlivé a kohoutkové hustoty, hladší sférické tvary meteoritického prášku a nižší hladiny kyslíku a dusíku odlišují potřeby AM od tradiční práškové metalurgie vyžadující pouze volnější tolerance. Dosažení těchto optimalizovaných vlastností usnadňuje tisk AM bez vad.

Otázka: Kolikrát lze běžné práškové slitiny AM obvykle znovu použít?

Odpověď: Podobné titanové a niklové superslitiny projdou až 20 cykly, než je třeba doplnit čerstvý prášek. Levnější nerezové oceli mohou dosáhnout více než 50 cyklů opakovaného použití. U hliníku a vysoce reaktivních druhů je doba recyklace omezena na méně než 5 cyklů.

Otázka: Jaký je potenciál zlepšení vlastností kovových AM prášků oproti stávajícím materiálům?

Odpověď: Kombinace zvýšeného poměru pevnosti a hmotnosti pomocí tenčích/ dutých profilů s vloženými kanály usnadňujícími proudění tekutin, přenos tepla nebo strukturální výztuž odemyká generativní konstrukční konfigurace, které přinášejí revoluci ve výrobě komponentů, jež jsou nemožné pouze pomocí subtraktivního obrábění nebo jednostupňového odlévání.

Otázka: Které průmyslové kategorie jsou v současné době nejslibnější pro růst práškového zpracování kovů?

A: Odvětví letectví a kosmonautiky, zdravotnických prostředků, automobilového průmyslu a ropy a zemního plynu vedou díky komponentům s vysokou hodnotou, které ospravedlňují investice do výzkumu a vývoje, k brzkému rozšíření hlavního proudu. Dlouhodobá očekávání však předpovídají konečné masové přijetí, které zlepší trvanlivost spotřebního zboží s využitím výhod flexibility AM, protože náklady na systém klesají.

znát více procesů 3D tisku