Metaalpoeders voor 3D printen

Overzicht

3D printen, ook bekend als additive manufacturing (AM), maakt gebruik van metaalpoeders om complexe onderdelen laag voor laag te construeren, direct vanaf digitale modellen. De poeders worden selectief gesmolten of gebonden door precisie warmtebronnen die worden geleid door de geometrieën van het CAD-model.

Populaire AM-processen voor metalen zijn onder andere binder jetting, directed energy deposition, poederbedfusie en plaatlaminering. Elk proces vereist poedergrondstoffen met specifieke eigenschappen om een optimale dichtheid, oppervlakteafwerking, maatnauwkeurigheid en mechanische eigenschappen te bereiken.

Deze gids biedt een diepgaande kijk op metaalpoeders voor 3D printen, inclusief legeringstypes, poederproductiemethoden, belangrijkste poedereigenschappen, toepassingen, specificaties, leveranciers en aankoopoverwegingen bij het inkopen van materiaal. Handige vergelijkingstabellen vatten technische gegevens samen om te helpen bij de poederselectie en -kwalificatie.

Door in contact te komen met deskundige leveranciers van geoptimaliseerde 3D-printpoeders kunnen fabrikanten de printkwaliteit verbeteren, defecten verminderen en optimaal profiteren van AM-voordelen zoals ontwerpvrijheid, snellere iteratie en consolidatie van onderdelen.

Legeringen voor 3D Printing poeders

Er is een breed scala aan metalen en legeringen beschikbaar in poedervorm die geschikt zijn voor AM-processen:

Algemene legeringssystemen voor Metaalpoeders voor 3D printen

• Roestvrij staal
• Gereedschapsstaal
• Titaan en titaanlegeringen
• Aluminium legeringen
• Nikkel-superlegeringen
• Kobalt-chroomlegeringen
• Koperlegeringen
• Edelmetalen

Zowel standaardlegeringen als legeringen op maat kunnen worden aangeschaft om te voldoen aan specifieke toepassingsvereisten op het gebied van corrosiebestendigheid, sterkte, hardheid, geleidbaarheid of andere eigenschappen.

Metalen poederproductiemethoden voor AM

Additive manufacturing maakt gebruik van metaalpoeders die door middel van:

Typische metaalpoeder productiemethoden voor 3D printen

• Gasverneveling
• Waterverneveling
• Plasma-verneveling
• Elektrolyse
• Carbonyl ijzer proces
• Mechanische legering
• Metaal hydriding/dehydriding
• Plasma sferoïdie
• Granulatie

Bolvormige verstoven poeders zorgen voor een optimale stroming en dichte pakking die nodig is voor de meeste AM-processen. Sommige technieken maken deeltjes op nanoschaal of aangepaste legeringen mogelijk.

Belangrijkste kenmerken van poeders voor het afdrukken van metaal

Kritische poederkenmerken voor AM zijn onder andere:

Metaal 3D Afdrukken Poeder Eigenschappen

Kenmerkend	Typische waarden	Belang
Deeltjesgrootteverdeling	10 tot 45 micron	Beïnvloedt verdichting, oppervlakteafwerking
Deeltjesvorm	Bolvormig	Verbetert doorstroming en verpakking
Schijnbare dichtheid	2 tot 4 g/cc	Invloeden beddensiteit
Tik op dichtheid	3 tot 6 g/cc	Geeft samendrukbaarheid aan
Debiet van de hal	25-50 s/50g	Zorgt voor een soepele poederverdeling
Verlies bij ontsteking	0.1-0.5%	Laag vochtgehalte verbetert afdrukken
Zuurstofgehalte	<0,1%	Minimaliseert microstructurele defecten

Het nauwkeurig regelen van eigenschappen zoals de grootte, vorm en chemische samenstelling van de deeltjes is essentieel om volledig dichte AM onderdelen te maken met de gewenste mechanische eigenschappen.

Toepassingen van Metaalpoeders voor 3D printen

AM maakt complexe geometrieën mogelijk die met conventionele technieken onmogelijk zijn:

Toepassingen voor 3D printen van metaal

Industrie	Toepassingen	Voordelen
Lucht- en ruimtevaart	Turbinebladen, structuren	Ontwerpvrijheid, gewichtsvermindering
Medisch	Implantaten, protheses, instrumenten	Aangepaste vormen
Automobiel	Lichtgewicht prototypes en gereedschappen	Snelle iteratie
Verdediging	Drone-onderdelen, beschermende structuren	Snelle prototypes en kleine oplagen
Energie	Warmtewisselaars, spruitstukken	Consolidatie van onderdelen en topologieoptimalisatie
Elektronica	Afscherming, koelapparatuur, EMI	Complexe gesloten constructies

Lichtgewicht, consolidatie van onderdelen en hoogwaardige legeringen voor extreme omgevingen bieden belangrijke voordelen ten opzichte van traditionele productiemethoden.

Specificaties voor 3D-print metaalpoeders

Internationale specificaties helpen bij het standaardiseren van de eigenschappen van AM-poeder:

Metaalpoederstandaarden voor additieve productie

Standaard	Toepassingsgebied	Parameters	Testmethoden
ASTM F3049	Gids voor het karakteriseren van AM-metalen	Bemonstering, grootteanalyse, chemie, defecten	Microscopie, diffractie, SEM-EDS
ASTM F3001-14	Titaanlegeringen voor AM	Deeltjesgrootte, chemie, stroming	Zeven, SEM-EDS
ASTM F3301	Nikkellegeringen voor AM	Analyse van deeltjesvorm en -grootte	Microscopie, beeldanalyse
ASTM F3056	Roestvrij staal voor AM	Chemie, poedereigenschappen	ICP-OES, pyknometrie
ISO/ASTM 52921	Standaardterminologie voor AM-poeders	Definities en poederkenmerken	Diverse

Naleving van de gepubliceerde specificaties garandeert reproduceerbare poedergrondstoffen van hoge kwaliteit voor kritieke toepassingen.

Wereldwijde leveranciers van Metaalpoeders voor 3D printen

Toonaangevende internationale leveranciers van voor AM geoptimaliseerde metaalpoeders zijn onder andere:

Metaalpoederfabrikanten voor 3D printen

Leverancier	Materialen	Typische deeltjesgrootte
Sandvik	Roestvrij, gereedschapsstaal, nikkellegeringen	15-45 micron
Praxair	Titanium, superlegeringen	10-45 micron
AP&C	Titanium-, nikkel-, kobaltlegeringen	5-25 micron
Timmerman additief	Kobaltchroom, roestvrij, koper	15-45 micron
LPW-technologie	Aluminiumlegeringen, titanium	10-100 micron
EOS	Gereedschapsstaal, kobaltchroom, roestvrij	20-50 micron

Velen richten zich op fijne sferische poeders die specifiek ontworpen zijn voor gangbare AM-methoden zoals binder jetting, poederbedfusie en directed energy deposition.

Overwegingen bij de aanschaf van metaalpoeder voor 3D-printen

Belangrijkste aspecten om te bespreken met leveranciers van metaalpoeder:

• Gewenste samenstelling en eigenschappen van de legering
• Doelpartikelgrootteverdeling en -vorm
• Dichtheid van de envelop en doorstroming in de hal
• Toelaatbare onzuiverheden zoals zuurstof en vocht
• Vereiste testgegevens en poederkarakterisering
• Beschikbare hoeveelheden en levertijden
• Speciale voorzorgsmaatregelen voor het hanteren van pyrofore materialen
• Kwaliteitssystemen en traceerbaarheid van poederoorsprong
• Technische expertise in AM-specifieke poedervereisten
• Logistiek en leveringsmechanismen

Werk nauw samen met leveranciers die ervaring hebben met geoptimaliseerde AM-poeders om de ideale poederselectie voor uw proces en componenten te garanderen.

Voor- en nadelen van metalen 3D printpoeders

Voordelen vs. beperkingen van metaalpoeders voor AM

Voordelen	Nadelen
Maakt complexe, aangepaste geometrieën mogelijk	Hogere kosten dan conventionele materialen
Verkort de ontwikkelingstijd drastisch	Voorzorgsmaatregelen voor het hanteren van poeder vereist
Vereenvoudigt assemblages en lichtgewichten	Nabewerking vaak nodig bij as-geprinte onderdelen
Bereikt eigenschappen die smeedwerk benaderen	Beperkingen voor grootte en bouwvolume
Elimineert dure matrijzen, mallen en gereedschappen	Thermische spanningen kunnen barsten en vervorming veroorzaken
Maakt onderdelenconsolidatie en topologieoptimalisatie mogelijk	Lagere productievolumes dan traditionele methoden
Verbetert de buy-to-fly ratio aanzienlijk	Vereist rigoureuze poederkarakterisering en parameterontwikkeling

Wanneer metaal AM op de juiste manier wordt gebruikt, biedt het baanbrekende voordelen, maar er is expertise nodig om het succesvol te implementeren.

FAQ

Hoe klein kan de deeltjesgrootte van metaalpoeder zijn voor AM?

Gespecialiseerde verstuivingstechnieken kunnen poeder produceren tot 1-10 micron, maar de meeste metaalprinters werken het best met een minimumgrootte rond 15-20 micron voor een goede stroming en verpakking.

Wat veroorzaakt een slechte oppervlakteafwerking van geprinte metalen onderdelen?

Oppervlakteruwheid ontstaat door gedeeltelijk gesmolten poeder dat zich vasthecht aan oppervlakken, spatten, traptreden en suboptimale smeltbadkenmerken. Door fijnere poeders te gebruiken en de ideale verwerkingsparameters in te stellen, wordt de afwerking gladder.

Werken alle 3D-printmethodes voor metaal met dezelfde poeders?

Hoewel er overlap is, gebruikt binder jetting over het algemeen een bredere poedergrootteverdeling dan poederbedfusie. Sommige processen zijn beperkt tot bepaalde legeringen op basis van smeltpunten of reactiviteit.

Hoe worden gemengde of bimetaalpoeders gemaakt?

Voorgelegeerde poeders zorgen voor uniforme eigenschappen, maar voor composieten zorgen fysische poedermenging of gespecialiseerde verstuivingstechnieken voor gemengde elementaire poedermengsels.

Hoe lang duurt het om het poedermateriaal in een metaalprinter te vervangen?

Een volledige purge en omschakeling tussen aanzienlijk verschillende legeringen vergt doorgaans 6-12 uur. Snel wisselen tussen vergelijkbare materialen kan minder dan een uur duren.

Conclusie

Geoptimaliseerde metaalpoeders maken additive manufacturing processen mogelijk om complexe, robuuste metalen onderdelen te maken met superieure eigenschappen. Het afstemmen van de chemie van de legering en de poedereigenschappen op de printmethode en de prestatievereisten van het onderdeel is essentieel voor resultaten van hoge kwaliteit. Door samen te werken met ervaren poederleveranciers kunnen eindgebruikers profiteren van expertise in zowel poederproductie als 3D printprocessen om sneller en betrouwbaarder robuuste AM componenten te ontwikkelen.

ken meer 3D-printprocessen