Prášek pro selektivní laserové tavení: Kompletní průvodce

Selektivní laserové tavení (SLM) je aditivní výroba nebo technika 3D tisku, která využívá laser k tavení kovového prášku do pevného dílu vrstvu po vrstvě. Vlastnosti výsledného dílu jsou určeny vlastnostmi použitého kovového prášku. Tento článek poskytuje ucelený přehled prášků SLM zahrnující složení, vlastnosti, aplikace, specifikace, ceny, výhody a nevýhody a další informace.

Přehled selektivního laserového tavení prášku

Prášek ze selektivního laserového tavení, známý také jako prášek SLM, je surovina používaná v procesu aditivní výroby SLM. SLM využívá vysoce výkonný laser k tavení a spojování práškových kovových slitin do plně hustých 3D dílů.

Prášky SLM jsou jemné kovové prášky, jejichž velikost se obvykle pohybuje od 15 do 45 mikronů. Nejběžnějšími prášky SLM jsou slitiny na bázi hliníku, titanu, niklu, kobaltu a nerezové oceli. Složení a distribuce velikosti částic prášku určuje vlastnosti dílů tištěných selektivním laserovým tavením.

Výběr správného prášku pro SLM je rozhodující pro výrobu vysoce kvalitních dílů s požadovanými mechanickými vlastnostmi, přesností, povrchovou úpravou a mikrostrukturou. Tento průvodce poskytuje podrobné informace o různých typech SLM prášků, jejich aplikacích, specifikacích, cenách, výhodách a nevýhodách a předních světových dodavatelích.

Hlavní vlastnosti prášků SLM

• Velmi jemný prášek o velikosti od 15 do 45 mikronů pro přesné laserové tavení.
• Sférická morfologie pro sypkost prášku
• Chemicky čisté složení pro minimalizaci vad
• Řízená distribuce velikosti částic zabraňuje segregaci
• Metoda výroby rozprašováním inertního plynu
• Legující přísady pro zlepšení vlastností
• Může obsahovat patentované povlaky pro zlepšení toku a tání.

Tabulka 1: Typy prášků pro selektivní laserové tavení

Složení prášků SLM

Prášky SLM jsou sférické kovové prášky vyrobené z různých slitin pomocí plynové atomizace. Složení určuje materiálové vlastnosti tištěných dílů.

Tabulka 2: Složení běžných práškových slitin pro SLM

Mezi hlavní legující prvky v prášcích SLM patří:

• Hliník - snižuje bod tání, zvyšuje tepelnou vodivost
• Křemík - zlepšuje tekutost a svařitelnost
• Hořčík - posilující látka
• Titan - biokompatibilní, vysoká pevnost
• Hliník - Alfa a beta stabilizátor ve slitinách titanu
• Vanad - Beta stabilizátor ve slitinách titanu
• Nikl - odolnost proti korozi, tažnost
• Chrom - odolnost proti oxidaci a korozi
• Železo - přispívá k pevnosti superslitin
• Niob - zpevňující prvek v superslitinách
• Molybden - zpevnění pevného roztoku v superslitinách
• Kobalt - zvyšuje pevnost při vysokých teplotách

Stopové nečistoty jsou minimalizovány, aby se snížilo množství defektů v součástkách vytištěných metodou SLM.

Vlastnosti prášků SLM

Vlastnosti prášků SLM přímo ovlivňují vlastnosti 3D tištěných dílů. Mezi požadované vlastnosti patří dobrá tekutost, vysoká čistota a optimalizovaná distribuce velikosti částic.

Tabulka 3: Klíčové vlastnosti prášků SLM

Prášky SLM se navíc vyznačují optimalizovanou distribucí velikosti částic v úzkém rozsahu, aby se zabránilo problémům se segregací. Většina prášků pro SLM má hodnoty D10 a D90 v rozmezí 10 až 20 mikronů.

Vlastnosti prášku SLM, jako je hustota práškového lože, tekutost, roztíratelnost a recyklovatelnost, určují kvalitu vytištěných dílů. Prášky jsou navrženy tak, aby tyto faktory vyvážily.

Aplikace prášků SLM

Prášky SLM se používají k tisku funkčních kovových dílů v různých průmyslových odvětvích:

Tabulka 4: Aplikace prášků pro selektivní laserové tavení

Mezi hlavní výhody SLM pro výrobu dílů patří:

• Možnost vytvářet složité geometrie, které nejsou možné při odlévání nebo obrábění.
• Dílce na zakázku bez nutnosti tvrdého obrábění
• Snížení hmotnosti díky optimalizaci konstrukce pro funkci
• Konsolidace sestav do jednotlivých dílů
• Rychlá doba od návrhu po díl

SLM je vhodná pro nízko až středně velkou sériovou výrobu kovových komponentů pro konečné použití v různých průmyslových odvětvích.

Specifikace prášků SLM

Prášky SLM musí splňovat přísné specifikace, pokud jde o složení, distribuci velikosti částic, morfologii, tokové charakteristiky, zdánlivou hustotu, úroveň znečištění a mikrostrukturu.

Tabulka 5: Typické specifikace prášků pro selektivní laserové tavení

Přední dodavatelé prášků pro SLM mají vlastní zařízení pro charakterizaci prášků, aby zajistili splnění těchto parametrů u každé šarže prášku před dodáním zákazníkům.

Ceny prášků pro selektivní laserové tavení

Cena prášků pro SLM závisí na složení slitiny, kvalitě, dodavateli, nákupním množství a zeměpisné oblasti. Níže jsou uvedeny některé typické ceny prášků:

Tabulka 6: Orientační cenové rozpětí pro oblíbené práškové slitiny SLM

Nejvyšší ceny jsou u reaktivních slitin, jako je titan, a nejnižší u komoditních slitin, jako je hliník a nerezová ocel. Letecké a kosmické třídy jsou dražší než běžné slitiny. Dodavatelé prášků SLM poskytují slevy při hromadném nákupu.

Celkově tvoří náklady na materiál 15-30% celkových nákladů na díl u AM kovů. Hlavní podíl na těchto materiálových nákladech má samotný prášek. Optimalizace opětovného použití netaveného prášku pomáhá snížit průměrné náklady na díl.

Přední dodavatelé prášků SLM

Mnoho společností nabízí kovové prášky atomizované plynem speciálně navržené pro aditivní výrobu SLM. Mezi přední světové dodavatele patří:

Tabulka 7: Hlavní dodavatelé prášků pro selektivní laserové tavení

Tyto společnosti investovaly do technologie atomizace a pokročilé charakterizace, aby zajistily, že prášky SLM splňují přísné požadavky na 3D tisk vysoce kvalitních dílů. Nabízejí širokou škálu možností materiálů přizpůsobených pro SLM.

Výhody a nevýhody prášků SLM

Tabulka 8: Výhody a omezení prášků pro selektivní laserové tavení

Klady

• Jemnost 15-45 mikronů prášků SLM umožňuje tisknout s velmi vysokým rozlišením a s malými prvky.
• Sférický tvar částic a dobrá sypkost zabraňují shlukování prášku a problémům s podáváním během tisku.
• Vysoká chemická čistota minimalizuje vady, jako jsou inkluze a dutiny v tištěných dílech.
• Rozložení velikosti částic je optimalizováno tak, aby se zabránilo segregaci a zajistilo homogenní tavení.
• Specializovaní dodavatelé navrhují slitiny na míru se složením přizpůsobeným pro aplikace SLM.
• Rozprašování inertním plynem zabraňuje oxidaci prášku.

Nevýhody

• Ve srovnání s tradičními výrobními metodami je pro SLM méně zavedených slitin.
• Reaktivní slitiny, jako je titan, vyžadují speciální zacházení, aby se zabránilo kontaminaci, což zvyšuje náklady.
• Jako jemné prášky jsou materiály SLM citlivé na absorpci vlhkosti během skladování a manipulace.
• Kovové prášky představují rizika, jako jsou výbuchy prachu a zdravotní rizika, která vyžadují bezpečnostní opatření.
• SLM slitiny jsou kvůli specializovanému výrobnímu procesu podstatně dražší než standardní práškové třídy.
• Některé slitiny mají velmi málo dodavatelů, což omezuje dostupnost a kvalitu materiálu.
• Netavený prášek nelze jednoduše vyhodit a musí být znovu použit z důvodu udržitelnosti a nákladů.

Jak vybrat prášek SLM

Výběr optimálního prášku SLM pro danou aplikaci vyžaduje zvážení takových faktorů, jako jsou:

• Funkce části - Mechanické požadavky, namáhání, provozní podmínky
• Vlastnosti slitiny - Pevnost, tvrdost, tažnost, tepelná odolnost
• Potřeby následného zpracování - Reakce na tepelné zpracování, obrobitelnost
• Procesní faktory - Hustota práškového lože, absorpce laseru, tekutost
• Úvahy o nákladech - Důsledky pro cenu materiálu a vybavení

Výběr slitiny se řídí především funkcí dílu. Kritické vysoce namáhané díly vyžadují prášky, které mohou dosáhnout maximální hustoty a mechanických vlastností. Méně kritické prototypové aplikace umožňují větší flexibilitu.

Na prášku závisí také procesní faktory, jako je rychlost tisku, dosažitelná přesnost a kvalita povrchu. Srovnávací testování kandidátských materiálů na skutečných tiskárnách určí nejlepší variantu.

Klíčovou roli hrají náklady. Slitiny s vyšším výkonem pro letecké a kosmické aplikace jsou mnohem dražší než běžné třídy. Unikátní slitiny mohou být k dispozici pouze od jediného dodavatele.

Důkladné vyhodnocení požadavků na aplikaci v porovnání s možnostmi materiálu a náklady vede k optimálnímu výběru prášku SLM.

Jak skladovat prášek SLM a jak s ním zacházet

Pečlivá manipulace s prášky SLM a jejich skladování jsou zásadní pro zabránění degradace materiálu a zajištění vysoké kvality vytištěných dílů:

• Neotevřené nádoby skladujte na chladném a suchém místě mimo dosah slunečního záření a vlhkosti. Vyhněte se nadměrnému teplu.
• Nádoby s práškem otevírejte pouze v inertní rukavičkové komoře s obsahem kyslíku pod 10 ppm, abyste zabránili oxidaci.
• Prášky přenášejte v rukavicovém boxu s řádným uzemněním, abyste zabránili hromadění statické elektřiny. Používejte nitrilové rukavice.
• Nádoby během skladování pevně uzavřete. Používejte pouze originální obaly, nikoli plastové sáčky.
• Pro velké objemy skladujte prášek ve strojích s integrovaným systémem inertního plynu.
• Před opětovným použitím prosejte prášek přes síta doporučené velikosti, abyste rozbili aglomeráty a odstranili nečistoty.
• V případě potřeby použijte sušičky prášku a vakuové termické odplyňovače ke snížení vlhkosti.
• Při likvidaci použitého prášku jej navlhčete vodou, abyste zabránili nebezpečí polétavého prachu, a zlikvidujte jej jako nebezpečný odpad.
• Dodržujte všechna bezpečnostní opatření pro manipulaci s jemnými kovovými prášky včetně osobních ochranných pomůcek a prevence výbuchu.

Správná správa prášku udržuje konzistenci mezi jednotlivými tiskovými cykly a umožňuje opakované použití až 80-90% netaveného prášku. Tím se maximalizuje výtěžnost a zároveň minimalizují náklady na suroviny.

Nejčastější dotazy k práškovému selektivnímu laserovému tavení

Otázka: Jaký je typický rozsah velikosti částic pro prášky SLM?

Odpověď: Většina prášků SLM má velikost mezi 15-45 mikrony, přičemž většina částic je v rozmezí 20-35 mikronů. Jemnější prášky zlepšují rozlišení, zatímco větší velikosti zhoršují detaily a přesnost.

Otázka: Jak se prášky SLM vyrábějí?

Odpověď: Prášky SLM se vyrábějí atomizací inertním plynem, při níž se proud roztavené slitiny rozbije na kapičky, které ztuhnou na kulovité částice. Tím se zabrání oxidaci prášku.

Otázka: Co se rozumí pod pojmy "zdánlivá hustota" a "kohoutková hustota" prášku?

Odpověď: Zdánlivá hustota je objemová hustota měřená za normálních podmínek. Hustota po poklepu je zvýšená hustota dosažená po mechanickém poklepání na vzorek prášku za účelem jeho zhutnění. Vyšší hustota zlepšuje vlastnosti práškového lože.

Otázka: Proč jsou pro prášky SLM důležité tokové vlastnosti?

Odpověď: Dobrý tok a roztíratelnost prášku zajišťují rovnoměrné vrstvy pro konzistentní tavení a zabraňují problémům s agregací. Sférické částice zlepšují tok ve srovnání s nepravidelnými tvary.

Otázka: Jak se prášky SLM po tisku znovu používají?

Odpověď: Netavený prášek se prosévá, aby se rozbily aglomeráty, suší se ve vakuu, aby se snížila vlhkost, a před dalším použitím se smíchá s čerstvým práškem. To umožňuje recyklaci v míře vyšší než 80%.

Otázka: Jaká bezpečnostní opatření jsou nutná při manipulaci s prášky SLM?

Odpověď: Kovové prášky představují nebezpečí výbuchu, požáru a ohrožení zdraví. Používejte vhodné osobní ochranné prostředky, odpovídající ventilaci, řádné uzemnění a rukavice s inertním plynem. Nikdy nesypte prášek na volném prostranství.