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

Typ prášku	Běžné slitiny	Charakteristika
Hliník	AlSi10Mg, AlSi12, AlSi7Mg0,6	Nízká hustota, dobrá tepelná vodivost
Titan	Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, TiAl	Vysoká pevnost, biokompatibilita
Nikl	Inconel 718, Inconel 625	Odolnost proti teplu a korozi
Kobalt Chrome	CoCr, CoCrMo	Biokompatibilní, vysoká tvrdost
Nástrojová ocel	H13, maraging steel	Vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebení
Nerezová ocel	316L, 17-4PH, 420	Odolnost proti korozi, vysoká pevnost

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

Slitina	Typické složení
AlSi 10Mg	90% Al, 10% Si, 0,5% Mg
Ti6Al4V	90% Ti, 6% Al, 4% V
Inconel 718	50% Ni, 19% Cr, 18% Fe, 5% Nb
CoCrMo	60% Co, 30% Cr, 7% Mo
Nerezová ocel 316L	70% Fe, 17% Cr, 12% Ni, 2% Mo

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

Vlastnictví	Typický rozsah	Význam
Velikost částic	15 - 45 mikronů	Přesnost detailů, rozlišení
Tvar částic	Sférické	Zlepšuje průtočnost
Tekutost	Vynikající	Zabraňuje aglomeraci prášku
Zdánlivá hustota	Teoretická hustota nad 50%	Zlepšuje absorpci laseru, zhušťování
Hustota poklepání	Teoretická hustota až 65%	Údaj o tekutosti, hustotě balení
Zbytkový kyslík	<0,1 wt%	Zabraňuje oxidačním vadám
Zbytkový dusík	<0,04 wt%	Zabraňuje vzniku nitridových inkluzí
Zbytkový uhlík	<0,03 wt%	Zabraňuje vzniku karbidových sraženin

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

Průmysl	Běžné aplikace	Typické použité materiály
Aerospace	Lopatky turbín, trysky raket	Inconel, titan
Automobilový průmysl	Odlehčování dílů, zakázkové geometrie	Hliník, nástrojová ocel
Lékařský	Zubní náhrady, implantáty, chirurgické nástroje	Titan, kobaltový chrom
Obecné strojírenství	Rychlé prototypy, nástroje, díly pro konečné použití	Nerezová ocel, nástrojová ocel

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

Parametr	Typická specifikace	Zkušební metoda
Složení prášku	V mezích specifikace slitiny	Chemická analýza ICP-OES
Velikost částic	D10: 10-25 μm <br> D50: 20-35 μm <br> D90: 30-45 μm	Difrakce laseru
Tvar částic	>80% sférický, minimální počet satelitů	Zobrazování pomocí SEM
Zdánlivá hustota	>50% teoretické hustoty slitiny	Hallův průtokoměr
Hustota poklepání	Teoretická hustota až 65%	Tester hustoty odboček
Tekutost	Úhel sklonu <30°	Hallův průtokoměr
Zbytkový kyslík	<0,1 wt%	Analýza fúze inertních plynů
Zbytkový dusík	<0,04 wt%	Analýza fúze inertních plynů
Zbytkový uhlík	<0,03 wt%	Infračervená detekce spalování

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

Slitina	Cena za kg
Slitina hliníku AlSi10Mg	$50 – $120
Slitina titanu Ti6Al4V	$350 – $600
Inconel 718	$150 – $250
Nerezová ocel 316L	$50 – $100
Kobaltový chrom	$110 – $250

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

Společnost	Sídlo	Klíčové slitiny
AP&C	Kanada	slitiny Ti, Al, Co
Přísada pro tesaře	USA	slitiny Ti, Al, Co, Cu
EOS	Německo	slitiny Ti, Al, Ni
Sandvik Osprey	Spojené království	Ti, Al, Ni, nerez, nástrojová ocel
Řešení SLM	Německo	slitiny Ti, Al, Ni, Co
Linde	Německo	Ti, Al, nerez, nástrojová ocel
Praxair	USA	Slitiny Ti, Co, Ni
Technologie LPW	Spojené království	Ti, Al, CoCr, Inconel

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	Nevýhody
Velmi jemná velikost pro vysoké rozlišení	Omezené možnosti slitin ve srovnání s odléváním/obráběním
Dobré průtokové vlastnosti	Reaktivní slitiny jako Ti náchylné ke kontaminaci
Sférická morfologie s několika satelity	Citlivost na vlhkost vyžaduje opatrné zacházení
Chemicky čisté, aby se minimalizovaly vady	Kovové prášky představují zdravotní rizika
Řízená distribuce velikosti částic	Vyšší náklady než u standardních prášků
Vlastní slitiny určené pro SLM	Omezený počet dodavatelů a dostupnost některých slitin
Rozprašování inertním plynem zabraňuje oxidaci	Nespotřebovaný prášek se musí znovu použít, nikoli zlikvidovat.

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.

Additional FAQs about Selective Laser Melting Powder

1) How should I set reuse limits for Selective Laser Melting Powder without degrading properties?

• Track O/N/H and PSD per lot. Typical practice: blend 20–50% virgin with recycled powder and cap total reuse at 3–8 cycles depending on alloy (Ti lowest, SS highest). Reject lots if oxygen rises >0.03 wt% over baseline (Ti) or D90 drifts beyond machine spec.

2) What powder metrics correlate most with PBF-LB print stability?

• Sphericity (>0.95), low satellites count, narrow PSD targeting 15–45 µm, Hall flow 12–20 s/50 g, apparent density stability (±0.1 g/cc), and O/N/H within spec. Consistent layer density and low moisture are critical for uniform melt pools.

3) How do I choose between gas atomized vs Plasma Rotating Electrode Process (PREP) powders?

• Gas atomization offers broad availability and lower cost. PREP yields ultra-spherical, satellite-free powders with very low oxides—preferred for fatigue-critical Ti/Ni parts and EBM—at higher cost. Validate with HIP + fatigue data.

4) Which environmental controls matter most during handling?

• Maintain low O2/H2O in hoppers and build chambers (e.g., O2 < 100 ppm for Ti, <500 ppm for steels), dry room or desiccant storage (<5% RH), pre-bake powder if needed, and use grounded, closed transfer to prevent static and contamination.

5) What acceptance tests should be on the Certificate of Analysis (CoA)?

• Chemistry (ICP-OES), PSD (laser diffraction with D10/D50/D90), morphology/sphericity (SEM image analysis), flowability (Hall/Carney), apparent/tap density, O/N/H (inert gas fusion), moisture (Karl Fischer), and contamination/foreign particles report.

2025 Industry Trends: Selective Laser Melting Powder

• Digital genealogy: Lot-level powder tracking and in-situ melt-pool data integrated for faster root-cause analysis; mandatory in aerospace RFQs.
• Higher layer thickness: Shift to 50–80 µm layers on multi-laser systems demands tighter PSD control and improved flow modifiers.
• Sustainability: Reuse ratios up; vendors offer recycled content disclosure and CO2e per kg. Closed-loop sieving/drying stations reduce scrap.
• Alloy diversification: Copper alloys (CuCrZr), high-strength Al (AlSi7Mg, Sc‑modified), and precipitation-hardened steels gain mainstream profiles.
• Safety modernization: NFPA 484-compliant facilities adopt continuous dust monitoring and inertization for powder handling rooms.

Table: 2025 indicative SLM powder benchmarks by alloy family

Slitina	PSD target (µm)	Sphericity (mean)	O (wt%) typical	Hall flow (s/50 g)	Zjevná hustota (g/cc)	Reuse cap (cycles)
Ti‑6Al‑4V	15–45	0.96–0.98	0,08–0,15	14–18	2.4–2.7	3-5
IN718	15–53	0.96–0.98	0.01–0.03	12–16	4.3–4.7	5-8
316L	15–45	0.95–0.97	0.02–0.04	12–18	3.8–4.3	6–10
AlSi 10Mg	20–63	0.95–0.97	0.03–0.06	16–22	1.2–1.5	4–8
CoCrMo	15–45	0.95–0.97	0.01–0.03	10–16	4.4–4.8	5-8

Selected references and standards:

• ISO/ASTM 52907 (Metal powders for AM), ISO/ASTM 52904 (Process characteristics)
• ASTM F3302 (Feedstock process control), ASTM E2651/E1019 (O/N/H)
• NIST AM-Bench datasets: https://www.nist.gov/ambench
• ASTM AM CoE resources: https://amcoe.astm.org/
• NFPA 484 (Combustible metals): https://www.nfpa.org/

Latest Research Cases

Case Study 1: Tightening Fatigue Scatter with Ti‑6Al‑4V SLM Powder (2025)
Background: An aerospace supplier saw variability in HCF performance across multi-laser builds.
Solution: Switched to PREP Ti‑6Al‑4V powder (15–45 µm), enforced O2 < 80 ppm in handling, capped reuse at 4 cycles, and implemented SEM-based satellites QC. Post-build HIP and standardized surface finishing were mandated.
Results: Density 99.9% post‑HIP; HCF limit at 10^7 cycles improved by 8–12%; scrap rate −27%; powder spend +6% offset by yield gains.

Case Study 2: High-Throughput 316L with 60–80 µm Layers (2024)
Background: A contract manufacturer targeted 25% throughput gain without compromising density.
Solution: Adopted broader PSD 20–63 µm GA 316L with flow aids; tuned stripe hatch and contour passes; closed-loop sieving and moisture control (KF < 200 ppm).
Results: Build time −24%; as-built density 99.6–99.8%; surface roughness unchanged after parameter optimization; powder reuse extended to 8 cycles with stable O/N/H.

Názory odborníků

• Dr. Brent Stucker, AM standards contributor and executive
  Viewpoint: “Powder genealogy tied to melt-pool data is now a prerequisite for certifying Selective Laser Melting Powder in flight-critical workflows.”
• Prof. Iain Todd, University of Sheffield, Metallurgy and Materials Processing
  Viewpoint: “Controlling satellites and PSD tails is the simplest lever to stabilize porosity across multi-laser SLM platforms.”
• Dr. Laura Cotterell, AM Materials Lead, Aerospace OEM
  Viewpoint: “For titanium, atmosphere control during handling has as much impact on fatigue as the build parameters themselves.”

Practical Tools and Resources

• ISO/ASTM AM standards portal – https://www.astm.org/ | https://www.iso.org/
• NIST AM‑Bench models and data – https://www.nist.gov/ambench
• SAE/AMS specs for AM Ti/Ni materials – https://www.sae.org/
• ImageJ/Fiji plugins for powder sphericity and PSD from SEM – https://imagej.nih.gov/ij/
• Karl Fischer moisture testing guides (powders) – major instrument vendors (e.g., Mettler Toledo)
• NFPA 484 guidance on powder handling safety – https://www.nfpa.org/

SEO tip: Include keyword variants like “Selective Laser Melting Powder specifications,” “SLM powder reuse and oxygen control,” and “PREP vs gas atomized SLM powders” in subheadings, internal links, and image alt text.

Last updated: 2025-10-14
Changelog: Added 5 targeted FAQs; introduced 2025 benchmarks table and trend notes; provided two recent case studies; included expert viewpoints; compiled practical tools/resources; added SEO keyword guidance
Next review date & triggers: 2026-04-15 or earlier if ISO/ASTM standards change, OEM allowables update, or new datasets revise PSD/sphericity/O/N/H best practices