Metaalpoeder voor 3D-printen

3D-printen met metaalpoeders transformeert de productie in allerlei sectoren, van de lucht- en ruimtevaart tot de medische sector. Deze gids biedt een uitgebreid overzicht van metaalpoeders voor 3D-printen, inclusief legeringstypen, poederproductiemethoden, belangrijkste eigenschappen, toepassingen, specificaties, procesoverwegingen, leverancierslandschap, kosten en veelgestelde vragen. Het dient als technisch naslagwerk voor ingenieurs die de toepassing van additieve productie op basis van metaalpoeder onderzoeken.

Inleiding tot Metaalpoeder voor 3D-printen

Bij 3D-printen, ook wel Additive Manufacturing (AM) genoemd, worden componenten laag voor laag opgebouwd uit digitale modellen. Het gebruik van metaalpoedergrondstoffen maakt 3D-printen op industriële schaal mogelijk in materialen van technische kwaliteit.

Voordelen van AM op metaalpoederbasis zijn onder meer:

• Complexe geometrieën zijn niet mogelijk met machinale bewerking
• Op maat gemaakte ontwerpen met massa-aanpassingspotentieel
• Minder afval vergeleken met subtractieve methoden
• Kortere ontwikkelingstijden voor prototyping
• Consolidatie van assemblages in afzonderlijke gedrukte onderdelen
• Resultaten met hoge sterkte en thermische stabiliteit
• Just-in-time productiepotentieel

Metaalpoeders maken op unieke wijze het 3D-printen van dichte, hoogwaardige metalen componenten mogelijk voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de medische sector, de automobielsector en de industrie.

metaalpoeder voor 3D-printen Typen voor AM

Een reeks metalen en legeringen worden gebruikt als poedergrondstof voor 3D-printen. Veel voorkomende opties zijn onder meer:

Door geoptimaliseerde legeringen te selecteren, kunnen materiaaleigenschappen zoals hardheid, sterkte, ductiliteit en slijtvastheid op maat worden gemaakt voor geprinte onderdelen.

Productiemethoden voor metaalpoeder

Veel voorkomende productiemethoden voor 3D-printpoeders zijn onder meer:

• Gasverstuiving – Inert gas verandert gesmolten legering in bolvormige druppels. Hoge zuiverheid en vloeibaarheid.
• Plasma-verneveling – Plasma met zeer hoge temperaturen smelt de legering in fijne bolletjes. Schone interne structuur.
• Mechanisch legeren – Kogelmalen synthetiseert legeringen uit elementaire mengsels. Nanogestructureerde deeltjes.

Gasverneveling is de dominante methode, waardoor economische hoogvolumeproductie van bolvormige poeders mogelijk is, ideaal voor de meeste AM-processen.

Hoe metaalpoeders 3D-printen mogelijk maken

Bij 3D-printen met poederbedfusie wordt metaalpoeder selectief laag voor laag gesmolten door een warmtebron:

Poederbed Fusion AM

• Poeder verspreidde zich in een dunne laag
• Laser- of elektronenstraal smelt poederpatroon
• Volgende laag poeder verspreid over de vorige
• Laag voor laag herhaald tot het voltooid is
• Niet-gefuseerd poeder ondersteunt onderdeel
• Uitstekende maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking

Fijn bolvormig poeder maakt een dichte pakking mogelijk voor afdrukken met hoge resolutie. De deeltjesgrootteverdeling moet worden afgestemd op de printervereisten.

Metaalpoederspecificaties voor AM

De belangrijkste poedereigenschappen voor 3D-printen zijn onder meer:

Metaalpoederspecificaties voor AM

Deze eigenschappen hebben een directe invloed op de poederverpakking, verspreiding, laserabsorptie, hergebruik van poeder en de eigenschappen van het uiteindelijke onderdeel.

Grootteverdeling van metaalpoeder

Het deeltjesgroottebereik moet overeenkomen met de printervereisten:

Deeltjesgroottebereiken voor AM

• Fijnere poeders zorgen voor een hogere resolutie en oppervlakteafwerking
• Grovere poeders hebben een betere vloei en minder stofvorming

De ideale grootteverdeling is afhankelijk van het merk en model van de printer. Aangepaste distributies optimaliseren de prestaties.

Hoe metaalpoeder voor AM te selecteren

Belangrijke overwegingen voor metaalpoeder zijn onder meer:

• 3D-printer – Compatibel maatbereik, ideale morfologie
• Materiaaleigenschappen – Mechanische, fysieke, nabewerkingsbehoeften
• Kwaliteitsnormen – Poederanalyse, consistentie van lot tot lot
• Doorlooptijd en beschikbaarheid – Standaardlegeringen versus aangepaste bestellingen
• Hoeveelheid – Bulkkortingprijzen bij hogere volumes
• Mogelijkheden van leveranciers – Aanbod van materialen en expertise

Werk nauw samen met gerenommeerde poederproducenten en printer-OEM's om het optimale materiaal voor de toepassingsbehoeften te identificeren.

Metaalpoederleveranciers voor AM

Toonaangevende wereldwijde leveranciers van hoogwaardige metaalpoeders voor AM zijn onder meer:

Metaalpoederleveranciers voor de AM-industrie

Deze bedrijven bieden uitgebreide technische expertise in zowel legeringen als AM-processen. Sommige zijn verticaal geïntegreerd om hun poeders te produceren, karakteriseren en zelfs in 3D te printen.

Metaalpoederprijzen voor 3D-printen

Als speciaal materiaal zijn metaalprintpoeders duurder dan traditionele metaalpoeders. Prijsfactoren:

• Samenstelling – Duurdere legeringen betekenen hogere poederprijzen
• Puurheid – Een strengere chemiecontrole verhoogt de kosten
• Productie methode – Speciale methoden kosten meer dan verneveling
• Grootteverdeling – Fijnere kwaliteiten zijn duurder
• Hoeveelheid – Bulkbestellingen van meer dan 1000 kg bieden kortingsprijzen

Typische prijsklassen voor metaalpoeder voor AM

Ontvang actuele prijzen van leveranciers op de shortlist bij het inkopen van materialen voor AM-productie.

Procesoverwegingen voor metaal-AM-poeders

Succes met metalen 3D-printpoeders vereist aandacht voor:

• Vochtbeheersing – Droogpoeder voorkomt waterstofverbrossing
• Recycling – Hergebruik ongesmolten poeder tot ~20 keer als u er op de juiste manier mee omgaat
• Zeven – Poeder classificeren en zeven voor hergebruik
• Verse poederverhoudingen – Meng met 10-30% vers poeder voor hergebruik
• Behandeling – Inerte omgeving, geaarde containers
• Opslag – Verzegelde containers, geklimatiseerde ruimte
• Veiligheid – Explosierisico's vereisen mitigatiemaatregelen

Volg alle veiligheidsmaatregelen voor poeder en de door OEM aanbevolen procedures van de printer.

De toekomst van metaalpoeder AM

Opkomende ontwikkelingen op het gebied van 3D-printen met metaalpoeder zijn onder meer:

• Nieuwe legeringen en composieten voor verbeterde materiaaleigenschappen
• Snellere printtijden dankzij systemen met meerdere lasers en hogere vermogens
• Grotere bedrukte enveloppen waardoor de mogelijkheden voor onderdeelgrootte worden uitgebreid
• Hybride productie waarbij AM wordt gecombineerd met machinale bewerking
• Geautomatiseerde nabewerking zoals ontpoederen en warmtebehandeling
• Uitgebreide acceptatie in gereguleerde sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart en de medische sector
• Meer aandacht voor proceskwaliteitscontrole en herhaalbaarheid

Naarmate de technologie vordert, kunt u een bredere acceptatie van metaal-AM in meer industrieën verwachten.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is het meest gebruikte metaalpoeder voor AM?

A: Gelegeerd 316L roestvrij staal is een van de meest voorkomende materialen met een goede combinatie van bedrukbaarheid, mechanische eigenschappen en corrosieweerstand.

Vraag: Wat is het typische gemiddelde deeltjesgroottebereik voor metaal-AM-poeders?

A: De meeste AM-metaalpoeders hebben een gemiddelde grootte van 15-45 micron. Fijnere poeders rond de 15-25 μm bieden de beste resolutie.

Vraag: Welke veiligheidsmaatregelen moeten worden genomen bij metaalpoeders?

A: Geleidende containers die geaard zijn om statische ladingen af te voeren. Handschoenkasten met argon- of stikstofatmosfeer. Systemen ter voorkoming van stofexplosies. PBM.

Vraag: Bederft metaalpoeder of vervalt het?

A: Indien goed bewaard in afgesloten containers, kan metaalpoeder 1-5 jaar meegaan, afhankelijk van de legering. Vochtbeheersing is van cruciaal belang.

Vraag: Wat is het typische zuiverheidsniveau van metaalpoeders voor AM?

A: De zuiverheid van 98-99% is typisch voor gasverstoven AM-poeders. Een hogere zuiverheid vermindert verontreinigingen en verbetert de uiteindelijke eigenschappen.

Vraag: Welke legeringen zijn compatibel met biomedische implantaten?

A: Titanium en kobaltchroom worden vaak gebruikt dankzij de biocompatibiliteit en de mogelijkheid tot nabewerking tot aan de uiteindelijke implantaatvereisten.

Vraag: Bij welke AM-printmethoden voor metaal worden poeders gebruikt?

A: De belangrijkste methoden zijn het spuiten van bindmiddelen, poederbedfusie via laser- of elektronenbundel en gerichte energiedepositie.

Vraag: Hoe duur zijn metaalpoeders vergeleken met bulkmetalen?

A: Per kilogram zijn metaalpoeders 10x tot 100x duurder dan bulkvormen, afhankelijk van de legering en het proces.

Vraag: Kun je pure metalen zoals zilver en goud printen?

A: Ja, maar gelegeerde versies komen vaker voor vanwege de betere sterkte en bedrukbaarheid. Zuivere edelmetalen vormen een uitdaging.

Belangrijke inzichten over metaalpoeder voor AM

• Gasverstoven bolvormige poeders ondersteunen afdrukken met hoge resolutie
• Stem de verdeling van de poedergrootte nauwkeurig af op de vereisten van de printer
• Toonaangevende wereldwijde leveranciers leveren gekwalificeerde AM-drukpoeders
• Het hanteren van atmosfeercontrole voorkomt oxidatie- en vochtproblemen
• Poeder kan tot 20x worden hergebruikt als het op de juiste manier wordt gezeefd en gemengd
• Duurder dan conventionele metaalpoeders, maar maakt nieuwe geometrieën mogelijk
• Voortdurende vooruitgang bij het uitbreiden van legeringen, formaten, printers en toepassingen

Metaalpoedergrondstoffen ontsluiten het potentieel voor digitaal gestuurde additieve productie in industriële sectoren. Voortdurende vooruitgang zal op de lange termijn leiden tot een grotere adoptie.

ken meer 3D-printprocessen