Kovový prášek pro 3D tisk v Kanadě

Přehled kovového prášku pro 3D tisk

3D tisk, známý také jako aditivní výroba, způsobil revoluci ve výrobních procesech pro prototypování a výrobní aplikace. Na rozdíl od tradičních subtraktivních technik, které odebírají materiál, 3D tisk staví komponenty vrstvu po vrstvě na základě digitálního 3D modelu.

3D tisk kovů, zejména, otevírá možnosti pro výrobu složitých, lehkých geometrií s vysokou pevností a tepelnou odolností pomocí různých slitinových prášků. Jemný kovový prášek je selektivně roztaven tepelným zdrojem, jako je laser nebo elektronový paprsek, aby se vrstvy spojily dohromady.

Kanada se stává vedoucím centrem pro 3D tisk kovů, přičemž dodavatelé materiálů, servisní kanceláře a výrobci koncových dílů přijímají tuto technologii. Tento článek poskytuje komplexní přehled kovových prášků používaných pro aplikace 3D tisku v Kanadě.

Typy kovových prášků používaných v 3D tisku

K vytváření 3D tištěných dílů z kovu se používá několik slitin, včetně:

Slitina Prášek	Klíčové vlastnosti	Aplikace
Prášek z nerezové oceli	Odolnost proti korozi, vysoká pevnost, odolnost proti opotřebení	Letecký průmysl, automobilový průmysl, spotřební zboží
Prášek z hliníkové slitiny	Lehké, s vysokou tepelnou vodivostí	Letecký a automobilový průmysl
Prášek ze slitiny titanu	Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, biokompatibilita	Letectví a kosmonautika, lékařské implantáty
Kobaltový chromový prášek	Vysoká pevnost, odolnost proti opotřebení, biokompatibilita	Lékařské implantáty, nástroje
Prášek ze slitiny niklu	Tepelná odolnost, odolnost proti korozi	Letecký průmysl, ropa a plyn
Měděný prášek	Vysoká tepelná, elektrická vodivost	Elektronika, výměníky tepla

V současnosti jsou nejběžnějšími materiály kovových prášků používanými v 3D tisku nerezové oceli, slitiny titanu, niklové superslitiny a slitiny kobalt-chrom. Volba závisí na mechanických požadavcích, požadované odolnosti proti korozi, výkonu při vysokých teplotách, úvahách o hmotnosti, biokompatibilitě a nákladech.

Metody výroby kovových prášků

Kovové prášky lze vyrábět různými metodami, z nichž každá má za následek prášky s různými vlastnostmi vhodnými pro procesy AM:

• Rozprašování plynu – Vysokotlaký plyn rozbíjí proud roztaveného kovu na jemné kapičky, které ztuhnou na sférické částice ideální pro 3D tisk
• Rozprašování vody – Méně nákladné, ale produkuje nepravidelně tvarované částice
• Plazmová atomizace – Umožňuje atomizaci reaktivních slitin, jako je titan a hliník, v inertní atmosféře
• Indukční atomizace tavicího plynu na elektrodách (EIGA) – Kombinuje indukční tavení a plynné rozprašování pro malá množství speciálních slitin
• Mechanické mletí/legování – Kulové mletí kovových prášků pro získání specifických mikrostruktur a tvarů částic

Atomizační techniky umožňují přesnou kontrolu složení prášku, morfologie, struktury zrn, distribuce velikosti částic a charakteristik toku potřebných pro vysoce kvalitní 3D tištěné díly.

Specifikace kovového prášku

Kovové prášky používané v aditivní výrobě musí splňovat přísné specifikace pro:

• Velikost částic – Typicky 10 až 45 mikronů
• Morfologie – Sférické částice bez satelitů umožňují dobrý tok a husté balení
• Chemické složení – Těsná kontrola pro získání požadovaných mechanických vlastností
• Mikrostruktura – Závisí na rychlosti tuhnutí během atomizace
• Charakteristiky toku prášku – Ovlivňuje rovnoměrnost rozprostření během tisku

Zachování konzistence v těchto charakteristikách prášku je zásadní pro bezvadné a spolehlivé 3D tištěné kovové součásti.

Dodavatelé kovových prášků v Kanadě

Kanada má rostoucí počet společností, které se zabývají výrobou a dodávkou kovových prášků pro průmysl AM:

Přední dodavatelé kovových prášků v Kanadě

Společnost	Umístění	Materiály
Práškové kovy ATI	Barrie, Ontario	Slitiny niklu, kobaltu a titanu
Technologie povrchů Praxair	Indianapolis, Indiana; Vyrobeno v Kanadě	Titan, nikl, nerezová ocel, chromkobalt
Sandvik Osprey	Neath, Wales; Sklad ve Windsoru, Ontario	Nerezová ocel, maraging ocel, chromkobalt, tantal, niob
Přísada pro tesaře	Reading, Pensylvánie; Sklad v Ancasteru, Ontario	Nerezové oceli, chromkobalt, titan, hliník, měď, slitiny niklu
Höganäs	Halmstad, Švédsko; Toronto, Ontario	Nerezová ocel, nástrojová ocel, nízkolegovaná ocel
AP&C	Laval, Quebec	Titan, tantal, hliníkové slitiny

Tito hlavní výrobci kovových prášků zřídili v Kanadě provozy, aby byli blízko rostoucímu trhu. Nabízejí širokou škálu slitin splňujících požadavky pro letecký, lékařský, automobilový a průmyslový 3D tisk.

Kromě toho je Kanada domovem výrobců speciálních kovových prášků, jako jsou Nanosteel, Quebec Metal Powders a GKN Powder Metallurgy, které se zaměřují na zakázkové slitiny. Univerzity jako McGill, UBC a Waterloo mají také výrobní kapacity prášků pro výzkumné účely.

Náklady na kovové prášky

Kovové prášky tvoří významnou část provozních nákladů kovové AM. Ceny se značně liší v závislosti na složení, požadavcích na kvalitu a objemu nákupu:

Materiál	Cenové rozpětí
Nerezová ocel	45–105 USD za kg
Titanium Ti64	$350 - $500 za kg
Niklové superslitiny	$90 - $250 za kg
Kobalt Chrome	110–350 USD za kg

Nerezová ocel a nízkolegované ocelové prášky jsou nejekonomičtější, zatímco titanové, niklové a kobaltové slitiny používané v kritických aplikacích jsou mnohem dražší.

Vysoce kvalitní prášky splňující přísné letecké a lékařské specifikace vyžadují prémiové ceny. Zakázkové slitiny a nákupy malých šarží také výrazně zvyšují náklady. Opětovné použití nadrozměrných a regenerovaných prášků pomáhá snižovat náklady.

Celkově náklady na prášek klesají s rostoucí výrobou. Náklady na materiál však zůstávají omezujícím faktorem, zejména pro malé kupce. Větší odběratelé mají větší páku pro získání slev od výrobců kovových prášků.

Aplikace 3D tisku kovů v Kanadě

Aditivní výroba kovů se v Kanadě ujímá v několika průmyslových odvětvích:

Aerospace

• Komplexní součásti ze slitin titanu a niklu, jako jsou potrubí, kryty, konstrukční armatury
• Odlehčování náročných geometrií pro palivovou účinnost
• Sestavy se sníženým počtem dílů konsolidované do jednoho kusu
• Vlastní opravy a díly pro starší letadla

Lékařský

• Ortopedické implantáty, jako jsou kyčelní, kolenní a páteřní implantáty z titanu a chromkobaltu
• Implantáty specifické pro pacienta odpovídající anatomii pomocí 3D skenů
• Porézní struktury pro podporu růstu kostí
• Řezací vodítka a chirurgické nástroje tištěné na vyžádání

Automobilový průmysl

• Lehké hliníkové a titanové díly
• Přizpůsobené nástroje, jako jsou přípravky, upínací zařízení, chapadla
• Nízkosériová výroba držáků, krytů, rozdělovačů
• Zakázkové příslušenství a tuningové komponenty na trhu s náhradními díly

Ropa a plyn

• Součásti z nerezové oceli pro ventily, čerpadla, armatury
• Díly ze slitiny niklu odolné proti korozi pro zařízení pro ústí vrtů
• Zakázkové náhradní díly na ropných plošinách

Spotřební zboží

• Přizpůsobené produkty, jako jsou šperky, figurky, hardware vytištěný z drahých kovů
• Limitované edice prémiových produktů z nerezové oceli, jako jsou hodinky, pera, sochy
• Přizpůsobená ortodoncie, zubní implantáty, protetické komponenty

Tato průmyslová odvětví přijímají kovovou AM v Kanadě pro její svobodu designu, konsolidaci dílů, odlehčování, zlepšení výkonu, masovou customizaci a možnosti digitálního inventáře.

Poskytovatelé služeb pro 3D tisk kovů v Kanadě

Spolu s dodavateli dílů má Kanada silnou síť specializovaných servisních středisek zaměřených na aditivní výrobu kovů:

Přední servisní střediska 3D tisku kovů v Kanadě

Společnost	Umístění	Materiály a procesy
3DSP	Toronto, Ontario	Titan, Inconel, nerezová ocel – přímé laserové slinování kovů
Technologie aditivní výroby	Ontario	Titan, ocel, hliník, Inconel – tavení práškového lože laserem
Express Metal	Ontario	Nerezová ocel, nástrojová ocel, titan, hliník – tavení práškového lože laserem
Canadian Metalworking	Vancouver	Nerezová ocel, hliník, nástrojová ocel – tavení práškového lože laserem
Aurora Labs	Vancouver	Titan, slitiny niklu – depozice přímé energie
Burloak Technologies	Ontario	Titan, hliník, ocel, nikl – depozice přímé energie
LaserCusing	Quebec	Nerezová ocel, hliník, titan – tavení práškového lože laserem
Laserové prototypování	Quebec	Titan, hliník – depozice směrované energie

Tato servisní střediska obsluhují letecké, lékařské, automobilové a průmyslové klienty v celé Kanadě a poskytují přístup k řadě technologií kovové AM pro prototypování a výrobní potřeby. Jejich odbornost a špičkové vybavení pomáhá zpřístupnit kvalitní 3D tisk kovů kanadským společnostem, které chtějí přijmout AM.

Trendy a výhled pro kovovou AM v Kanadě

Kanada si vypěstovala silný dodavatelský řetězec kovových prášků, síť servisních středisek a základnu koncových uživatelů v leteckém a lékařském průmyslu. Některé klíčové trendy, které formují růst 3D tisku kovů v Kanadě, zahrnují:

• Rostoucí přijetí technologií AM předními leteckými společnostmi, jako jsou Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
• Financování výzkumu kovové AM na kanadských univerzitách a vládních laboratořích
• Mezinárodní dodavatelé prášků zakládají kanadské pobočky, aby využili rostoucí trh
• Vznik kanadských výrobců kovových prášků se zaměřením na speciální slitiny
• Rozšíření servisních středisek do objemové výroby koncových komponent
• Více malých a středních podniků zkoumá AM pro odlehčování, přizpůsobení, konsolidované sestavy
• Spolupráce vlády a průmyslu prostřednictvím organizací jako CRIAQ, NGen, CAMX
• Vývoj řízení procesů a standardů specifických pro kovovou AM
• Hybridní výroba kombinující kovovou AM se subtraktivním CNC obráběním
• Simulace a softwarové pracovní postupy zlepšující kvalitu a opakovatelnost

Se zrychlujícím se zájmem zavedených i nových uživatelů je aditivní výroba kovů v Kanadě připravena na silný pokračující růst. Průběžná zlepšení materiálů, procesů, návrhových nástrojů a kontroly kvality pomohou rozšířit aplikace v leteckém, lékařském, automobilovém a obecném průmyslovém sektoru. Kanadský inovační ekosystém a schopnosti ji dobře staví, aby pomohla řídit pokrok v 3D tisku kovů globálně.

Často kladené otázky o kovových prášcích pro 3D tisk

Zde jsou odpovědi na některé běžné otázky o kovových prášcích pro AM:

Otázka: Jaký rozsah velikosti částic se doporučuje pro kovové prášky pro 3D tisk?

Odpověď: Ideální velikost částic je obvykle 10–45 mikronů. Jemnější částice se lépe balí, ale špatně tečou, zatímco hrubší částice poškozují hustotu a povrchovou úpravu.

Otázka: Jak sférické by měly být kovové prášky pro procesy AM?

Odpověď: Vysoká sféřičnost a hladký povrch pomáhají toku a balení prášku. Satelity a volné aglomeráty tyto vlastnosti ovlivňují a měly by se minimalizovat.

Otázka: Který proces 3D tisku kovů vyžaduje nejkvalitnější prášky?

Odpověď: Tavení práškového lože laserem má nejpřísnější požadavky na charakteristiky prášku a konzistenci pro plynulý provoz.

Otázka: Měly by se kovové prášky před použitím 3D tisku sušit?

Odpověď: Ano, sušení se doporučuje k odstranění veškeré absorbované vlhkosti, která může způsobit problémy během zpracování. Běžně se používá vakuové sušení nebo pečení.

Otázka: Lze nepoužité kovové tiskové prášky recyklovat?

Odpověď: Ano, nepoužitý prášek lze obvykle regenerovat, prosít a smíchat s čerstvým práškem pro opětovné použití, čímž se snižují náklady.

Otázka: Jak se nakládá s kovovými prášky s reaktivními prvky, jako je titan nebo hliník?

Odpověď: Je nutná specializovaná inertní manipulace, jako jsou rukavice a uzavřené nádoby, aby se zabránilo oxidaci nebo kontaminaci.

Otázka: Jaká je typická životnost nepoužitých kovových prášků?

Odpověď: Pokud jsou prášky správně skladovány v chladném, suchém a inertním prostředí, mohou vydržet několik let, než se vlastnosti zhorší. Doporučuje se řízení zásob FIFO (first-in-first-out).

Otázka: Je třeba s kovovým práškem pro AM zacházet jako s nebezpečným materiálem?

Odpověď: Jsou vyžadována bezpečnostní opatření kvůli hořlavosti a riziku výbuchu jemných kovových prášků. Správné ochranné pomůcky a bezpečnostní postupy jsou nezbytností.

Otázka: Jaké jsou některé nové slitinové prášky, které se vyvíjejí pro kovovou AM?

Odpověď: CuNiSi pro elektrické kontakty, FeNiCoTi pro měkké magnety, CoCrFeNi pro vysoce entropické slitiny, CuCoMnNi pro tvarovou paměť jsou některé vznikající materiály.