Poudre métallique SLS : Propriétés, applications et fournisseurs

Table des matières

Le frittage sélectif par laser (SLS) est une technique de fabrication additive qui utilise un laser pour fusionner de petites particules de poudres de plastique, de métal, de céramique ou de verre en un objet 3D. Poudres métalliques SLS avec les bonnes caractéristiques sont essentielles pour fabriquer des pièces métalliques de haute qualité avec des géométries complexes via ce processus.

Aperçu des poudres métalliques SLS

Les poudres métalliques SLS sont des poudres métalliques optimisées pour être utilisées dans les imprimantes 3D à frittage sélectif par laser afin de produire des pièces et des prototypes en métal. Les poudres métalliques SLS les plus couramment utilisées sont les suivantes :

Types de poudres métalliques SLS

TypeCompositionCaractéristiques principales
Acier inoxydableAlliages de Fe, Cr, NiRésistance à la corrosion, haute résistance
Acier à outilsAlliages de Fe, Cr, MoDureté élevée, traitement thermique
Acier alliéAlliages de Fe, Cr, NiTraitée thermiquement, usinable
Cobalt-chromeAlliages de Co, CrBiocompatible, résistant à l'usure et à la corrosion
Titane et alliagesAlliages de Ti, Al, VLéger, biocompatible, résistant
InconelAlliages de Ni, CrRésistant à la chaleur et à la corrosion
Alliages d'aluminiumAlliages d'Al, Cu, MgLéger, solide

Ces poudres métalliques doivent avoir des propriétés telles que la fluidité, la forme des particules et la distribution des tailles, adaptées à la production de pièces SLS de haute densité avec l'exactitude, la précision et les propriétés mécaniques souhaitées.

Principales propriétés des poudres métalliques SLS

ParamètresDescriptionExigences
Gamme de taillesDimensions des particules de poudre10-45 microns courants
Répartition par tailleGamme de tailles de poudresPrincipalement sphérique avec quelques satellites autorisés
MorphologieForme des particules de poudreLa forme sphérique est optimale, les satellites peuvent causer des défauts.
DébitFluidité de la poudre35-40 s/50g à partir d'un débitmètre à effet Hall
Densité apparenteDensité d'empaquetage des poudresEnviron 60% de densité réelle
Densité réelleDensité du matériauVarie selon la composition
SurfaceSurface des particules par unité de masseIl est préférable d'abaisser la température pour réduire l'oxydation
Gaz résiduels et humiditéImpuretés présentes dans la poudreMinimisé pour les pièces de haute qualité

Caractéristiques des poudres métalliques SLS

CaractéristiqueRôle dans le processus SLS
Forme des particules et texture de la surfaceAffecter le flux de poudre dans chaque nouvelle couche, l'absorption du laser, la réflectivité
Distribution de la taille des particulesImpacts sur la densité d'empaquetage, la dynamique du bassin de fusion, l'aptitude à l'étalement
Caractéristiques du débitPermet un étalement uniforme, une consistance de la couche
Densité apparenteContrôle l'espacement entre les particules, apport d'énergie nécessaire
Densité réelleDétermination de la densité maximale finale des pièces.
Additions d'alliagePermet d'obtenir des propriétés matérielles spécifiques telles que la résistance, la dureté, etc.
poudre métallique sls

Applications de Poudres métalliques SLS

La poudre métallique SLS permet d'imprimer des pièces métalliques fonctionnelles de pleine densité pour répondre aux besoins de prototypage, d'outillage et de production à court terme dans des secteurs tels que l'industrie :

Applications industrielles des pièces métalliques imprimées par SLS

L'industrieApplicationsMatériaux couramment utilisés
AérospatialeAubes de turbines, composants de moteurs/structuresAciers inoxydables, superalliages, alliages de titane
AutomobilePièces prototypes, outillage sur mesureAciers inoxydables, aciers à outils, alliages d'aluminium
Implants médicauxImplants et guides spécifiques au patientChrome cobalt, alliages de titane, acier inoxydable
IndustrielOutillage de précision, pinces robotiséesAciers inoxydables, aciers à outils
BijouxBagues, chaînes, pièces sur mesureMétaux précieux comme les alliages d'or, l'argent

Certains avantages uniques par rapport aux circuits de fabrication traditionnels :

Avantages de la SLS pour la production de pièces métalliques

BénéficeDescription
Liberté géométriquePas de restrictions sur la géométrie des pièces, contrairement aux méthodes de soustraction et de coulée.
Délai d'exécution rapideImpression rapide à partir de données CAO
Poids légerLes structures en treillis réduisent le poids de >30%
Consolidation partielleLes assemblages imprimés intégralement remplacent les joints
Personnalisation de masseDispositifs médicaux spécifiques au patient
Structures hybridesPossibilité de pièces multimatériaux en métal et en polymère

Applications courantes des pièces métalliques imprimées par SLS dans tous les secteurs d'activité :

Applications typiques des pièces métalliques imprimées par SLS

ApplicationExemplesMatériaux utilisés
Prototypes fonctionnelsComposants de moteurs, implantsAciers alliés, alliages de Ti
OutilsGuides de perçage, montages, gabaritsAciers inoxydables
Outillage de moulageOutillage pour le moulage par injectionAciers à outils comme H13
Production en sérieComposants aérospatiaux/médicauxAlliages de Ti et Ni, CoCr
Structures légèresPanneaux en treillis, entretoisesAlliages d'aluminium, alliages de titane

Spécifications de la poudre métallique SLS

Les fabricants de systèmes SLS comme EOS, 3D Systems et Renishaw fournissent des spécifications de poudres métalliques SLS adaptées à leurs modèles d'imprimantes. Les poudres métalliques et les tailles les plus courantes sont les suivantes

Types de poudres métalliques SLS et gammes de tailles

MatériauTypes de poudres disponiblesGamme de taille des particules
Acier inoxydable316L, 17-4PH, 303, 41015-45 microns
Acier maragingMS1, 18Ni300, 18Ni35015-45 microns
Chrome cobaltCoCr, CoCrMo15-45 microns
Alliage d'aluminiumAlSi10Mg, AlSi1215-45 microns
Alliage de titaneTi6Al4V Grade 515-45 microns
Alliage de nickelInconel 718, Inconel 62515-45 microns

Les organismes de normalisation ont défini des classifications pour les différentes qualités de poudres métalliques utilisées dans les processus d'AM :

Grades de poudres métalliques selon les normes ISO/ASTM

StandardNotesDescription
ISO 17296-2PA1 à PA6Définit des exigences de plus en plus strictes pour les impuretés de P1 à P6
ISO 17296-3PM1 à PM4Définit les paramètres de forme et de taille des particules de PM1 à PM4
ASTM F3049Classe 1 à classe 4Définit les limites autorisées pour les plages de composition de 1 à 4
ASTM F3056Type 1 à Type 3Définit les paramètres de distribution statistique de la taille de 1 à 3

Ces systèmes de classement permettent de fixer des niveaux de qualité de référence et d'aider les acheteurs à se procurer des produits. Une poudre de qualité PA5 de haute pureté garantit une contamination minimale. De même, le contrôle chimique plus strict de la classe 4 réduit la variabilité.

Poudre métallique SLS Fournisseurs

Plusieurs fournisseurs proposent des poudres de SLS prêtes à l'emploi dans le monde entier. Les principaux fournisseurs mondiaux sont les suivants

Principaux fournisseurs de poudre métallique SLS

FournisseurMatériaux proposésRégions desservies
SandvikAcier inoxydable, alliages de nickel, CoCr, acier à outils, alliages d'aluminiumEurope, Asie
PraxairAlliages de Ti, alliages de Ni, aciers inoxydables, aciers à outilsAmérique du Nord
Technologie LPWAcier inoxydable, alliages d'aluminium, CoCrRoyaume-Uni, Europe
Additif pour charpentierAciers inoxydables, CoCr, Cu, alliages d'aluminiumMondial
HoganasAciers inoxydables, aciers à outilsEurope, Asie

Les minima d'approvisionnement habituels sont d'environ 10 kg par qualité de matériau, mais il existe également des contrats de gros volumes pour les acheteurs OEM. Les options d'emballage vont des boîtes de conserve scellées sous vide aux cartouches de machines SLS spécialisées contenant de 700 g à 1 kg de poudre chacune.

Types de conditionnement des poudres métalliques SLS

TypePlages de volumeCaractéristiques
Boîtes sous videLots de 500g à 20kgDurée de conservation jusqu'à 1 an
Cartouches d'imprimanteLots de 700 à 1000 gExposition minimale à la manipulation
Tours à matériauxCartouches de 700 à 1200 gAlimentation automatisée de l'imprimante

Les fourchettes de prix pour les matériaux courants en petites quantités sont les suivantes :

Fourchette de coût des poudres métalliques pour l'impression SLS

MatériauPetites quantités Fourchette de prix*
Acier inoxydable 316L$60-$100 par kg
Aluminium AlSi10Mg$80-$130 par kg
Acier maraging$90-$140 par kg
Titane Ti6Al4V$200-$350 par kg
Chrome cobalt$300-$500 par kg
Métaux précieux$3000+ par kg

Comparaison des matériaux de poudres métalliques SLS

Différents alliages métalliques sont utilisés pour l'impression SLS, chacun ayant ses propres propriétés et avantages :

Comparaison des matériaux des poudres métalliques SLS

ParamètresAciers inoxydablesAciers à outilsAlliages de titaneAlliages de nickelChrome cobaltAlliages d'aluminium
DensitéMoyenPlus élevéPlus basHautHautLe plus bas
La forceMoyenLe plus élevéMoyenne-élevéeMoyenne-élevéeMoyenMoyen
DuretéPlus basTrès élevéMoyenMoyenPlus élevéFaible-Moyen
Résistance à la corrosionExcellentMoyenExcellentExcellentExcellentMoyen-Bon
Bio-compatibilitéBonLimitéeExcellentLimitéeExcellentBon
Résistance à la chaleurMoyenMoyenne-élevéeMoyenTrès élevéTrès élevéPlus bas
CoûtLe plus basMoyenHautTrès élevéHautFaible

Nous pouvons constater que les aciers inoxydables offrent les meilleures combinaisons de propriétés lorsque le coût est pris en compte, tandis que les aciers à outils offrent une dureté extrême. Le titane apporte la biocompatibilité et la résistance avec une faible densité. Les superalliages tels que l'Inconel et le CoCr offrent une stabilité thermique et une biocompatibilité. Les alliages d'aluminium constituent l'option légère la plus rentable.

Avantages et inconvénients des poudres métalliques SLS courantes

MatériauAvantagesInconvénients
Aciers inoxydablesRentable, facilement usinableDureté et résistance moindres
Aciers à outilsExtrêmement dur et traitable thermiquementFaible résistance à la corrosion, biocompatibilité
Alliages de titaneSolide, léger, respectueux de l'environnementCoûteux, peut brûler dans une atmosphère oxygénée
Alliages de nickelExcellente résistance à la chaleur et à la corrosionLourd, toxique, très cher
Chrome cobaltBiocompatible, résistant à la corrosionLourd, coût moyen
Alliages d'aluminiumLéger, bonne résistancePoint de fusion plus bas, dureté plus faible

Critères de sélection des poudres métalliques SLS par les clients

Critères de sélectionQuestions clés
Propriétés mécaniquesRépond-il aux exigences de résistance, de résistance à l'usure et aux autres spécifications mécaniques de l'application visée ?
Coût des matériauxLe type de poudre métallique souhaité correspond-il au budget de l'application ?
Post-traitementDes opérations secondaires telles que le pressage isostatique à chaud ou le traitement thermique sont-elles nécessaires ?
Taille de la productionLe volume cible est-il trop élevé pour l'impression SLS de production ?
Dimensions de la pièceLe volume de construction maximal de l'imprimante est-il suffisant pour les géométries de pièces les plus importantes ?
Résolution, finition de la surfaceLe procédé SLS permet-il de répondre aux exigences en matière de finesse des caractéristiques et de qualité de la surface ?
Délai de livraisonLe délai de livraison du fournisseur est-il acceptable compte tenu du calendrier de production ?

L'application de la pièce finale guide la sélection optimale du matériau en équilibrant les besoins de performance et l'économie.

Aperçu du processus d'impression métallique SLS

Comprendre l'impression 3D SLS permet de comprendre comment les propriétés des poudres affectent la qualité des pièces :

Étapes du processus d'impression 3D SLS

StadeDescription
Modélisation 3DLe logiciel de CAO crée un modèle solide/maillé de la pièce à imprimer.
TrancherLe modèle est découpé numériquement en couches pour générer un fichier d'impression.
Épandage de poudreUn rouleau ou une lame étale une fine couche de poudre sur la plate-forme de construction.
Balayage laserLe laser CO2 balaye le lit de poudre pour faire fondre les particules ensemble
Plate-forme d'abaissementLa plate-forme de construction s'abaisse d'une épaisseur de couche (~50 microns)
Répéter l'étalement/la fonteLes étapes sont répétées jusqu'à ce que l'objet complet soit construit couche par couche.
Post-traitementL'excès de poudre est enlevé, les traitements finaux sont effectués pour terminer la pièce.

Comment les caractéristiques de la poudre influencent les résultats d'impression

Propriété des poudresInfluence sur la qualité d'impression
Géométrie des poudresLes particules sphériques avec un bon écoulement permettent d'obtenir des couches uniformes sans défauts.
Gamme de taille des particulesLes poudres trop fines ont un mauvais écoulement, les poudres trop grosses créent une mauvaise résolution.
Répartition par tailleUne distribution trop large peut entraîner une ségrégation ou une fusion variable.
Densité apparenteUne densité plus élevée permet d'obtenir une plus grande densité de la pièce finale après le frittage.
Densité réelleLimite supérieure de la densité de pièces réalisable
Texture de la surfaceLes particules plus grossières peuvent piéger les gaz ou gêner l'écoulement de la poudre.

Nous pouvons constater que plusieurs propriétés physiques des poudres ont un impact direct sur les résultats d'impression, d'où l'importance d'un contrôle rigoureux de la part des fournisseurs.

Post-traitement des pièces métalliques imprimées par SLS

Après le processus d'impression SLS, des étapes de finition supplémentaires permettent d'améliorer les propriétés finales de la pièce :

Étapes courantes de post-traitement des pièces SLS

ProcessusDescriptionAvantages
Élimination de la poudreL'excès de poudre est brossé/sabléRévèle l'objet imprimé
Soulagement du stressChauffage pour éliminer les contraintes résiduellesAméliore la précision dimensionnelle
Finition de surfaceSablage, polissage, microbillageLisse la surface, facilite l'adhérence du revêtement
InfiltrationLe liquide remplit la porosité résiduelleAugmentation de la densité et amélioration de la résistance
Traitement thermiqueCycles thermiques de trempe et de revenuAméliore la dureté des aciers

Effets du post-traitement sur les propriétés des pièces

PropriétéInfluence du post-traitement
DensitéL'infiltration d'époxy ou de bronze remplit les pores et augmente la densité 5-15%
Rugosité de la surfaceLe polissage manuel/automatisé permet d'obtenir une rugosité inférieure à 2 microns.
Précision dimensionnelleLe cycle thermique de détente réduit le gauchissement et améliore la précision.
Résistance à la tractionL'infiltration améliore la résistance à la traction, tandis que le traitement thermique peut doubler la limite d'élasticité.
DuctilitéCompromis avec l'amélioration de la force des post-traitements
DuretéLes alliages durcissables par précipitation comme le 17-4PH réagissent bien aux traitements de vieillissement.

Le post-traitement permet donc d'adapter davantage les propriétés du métal en fonction des besoins de l'application.

Contrôle de la qualité de l'impression SLS sur métal

La qualité constante des poudres utilisées, associée au contrôle du processus SLS, garantit la fiabilité des pièces :

Contrôle de la qualité pour Poudre métallique SLS

ParamètresSpécification typiqueMéthodes d'essai
Distribution de la taille des particulesDébit du hall > 35s/50gTamisage, diffraction laser
Densité apparente65-80% de densité réelleMesure gravimétrique
Composition de la poudreGammes d'alliages selon ISO 27296Fluorescence des rayons X
Morphologie de la surfaceCircularité médiane > 0,75Micrographies, analyse d'images
Contamination< 50 ppm d'oxygène, < 150 ppm d'azoteAnalyse de la fusion des gaz inertes

Contrôle en cours de fabrication pour l'impression SLS

MétriqueCapteur utiliséObjectif
Puissance du laserPhotodiode intégréeMaintient la cohérence de la fusion
Température du lit de poudreCapteur IRGarantit l'intégrité de la pièce, sans déformation
AtmosphèreAnalyseur d'oxygèneÉvite l'inflammation de la poudre dans la chambre de fabrication
Épaisseur de la coucheEncodeur de l'axe ZCouches précises et reproductibles

Ce contrôle rigoureux des poudres utilisées et des paramètres du processus permet d'obtenir des pièces métalliques de haute qualité à chaque cycle de production.

L'impression métallique SLS comparée à d'autres solutions

Il existe d'autres solutions d'impression 3D de métaux que la SLS :

Comparaison des méthodes d'impression 3D de métaux

MétriqueJetting de liantDMLSSLMEBM
Matières premièresPoudre de mélange métal/polymèrePoudre métalliquePoudre métalliqueFil métallique/poudre
Source d'énergieLiant liquideLaser à fibrePuissant laser à fibre YbFaisceau d'électrons
Vitesse de constructionModéré, plus rapide que les méthodes laserLenteur due au balayage point par pointTrès rapide, la fonte est totaleMéthode la plus rapide
Résolution, finition de la surfaceMoins bon à cause du liant, le post-traitement facilite les chosesTrès bon grâce à la finesse du spot laserExcellente grâce à la fusion complèteModérée en raison de la fonte partielle
Précision dimensionnelle+/- 0,3% avec le processus CTQ+/- 0.1-0.2%+/- 0.1-0.2%+/- 0.2-0.3%
Post-traitementDurcissement et frittage nécessairesNe prendre en charge que le retraitCertains travaux d'usinage peuvent être nécessairesLa plupart des travaux secondaires sont nécessaires
Coût par pièceLa diminution du coût des matériaux permet de réduire le prixCoût d'exploitation beaucoup plus élevéCoût élevé de l'équipement et du matérielCoût élevé de l'équipement

Parmi toutes les méthodes, la projection de liant s'est révélée la plus rentable pour la production de pièces métalliques à des volumes inférieurs, jusqu'à 10 000 unités. La SLS offre le post-traitement le plus facile, associé à une bonne précision et à un bon état de surface.

poudre métallique sls

FAQ

Quelles sont les industries qui utilisent l'impression métallique SLS ?

L'impression métallique SLS est utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la médecine et dans de nombreuses autres industries où des pièces métalliques de précision sont nécessaires.

Quelles sont la précision et la résolution de l'impression métallique SLS ?

La précision et la résolution dépendent de plusieurs facteurs, notamment de la machine, du matériau et des paramètres du processus, mais l'impression SLS sur métal peut atteindre des niveaux de précision élevés.

Un post-traitement est-il nécessaire pour les pièces imprimées en métal par SLS ?

Oui, un post-traitement peut être nécessaire pour éliminer les structures de soutien, améliorer la finition de la surface et répondre aux exigences spécifiques de l'application.

Quelles sont les limites de l'impression métallique SLS ?

Parmi les limitations, citons le coût de l'équipement, la taille limitée des chambres de construction et la nécessité de prendre des mesures de sécurité appropriées en raison de l'utilisation de lasers et de poudres métalliques.

L'impression métallique SLS peut-elle être utilisée pour la production de masse ?

Oui, l'impression métallique SLS peut être utilisée à la fois pour le prototypage et la production de faibles ou moyens volumes de pièces métalliques.

L'impression métallique SLS est-elle respectueuse de l'environnement ?

Si elle permet de réduire les déchets de matériaux par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, l'élimination des poudres métalliques et la consommation d'énergie sont des facteurs à prendre en compte en ce qui concerne son impact sur l'environnement.

Y a-t-il des précautions à prendre pour travailler avec l'impression métallique SLS ?

Oui, des mesures de sécurité doivent être prises lors de la manipulation des poudres métalliques, et les opérateurs doivent être formés pour travailler en toute sécurité avec des systèmes à base de laser.

Quel est le coût des services d'impression métallique SLS ?

Le coût varie en fonction de facteurs tels que le choix des matériaux, la complexité des pièces et la quantité. Il est préférable de demander des devis à des prestataires de services pour des projets spécifiques.

en savoir plus sur les procédés d'impression 3D

Partager sur

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Courriel

MET3DP Technology Co. est un fournisseur de premier plan de solutions de fabrication additive dont le siège se trouve à Qingdao, en Chine. Notre société est spécialisée dans les équipements d'impression 3D et les poudres métalliques de haute performance pour les applications industrielles.

Faites une demande pour obtenir le meilleur prix et une solution personnalisée pour votre entreprise !

Articles connexes

Obtenir les informations de Metal3DP
Brochure du produit

Obtenir les derniers produits et la liste des prix