SLS metaalpoeder: Eigenschappen, toepassingen en leveranciers

Selectief lasersinteren (SLS) is een additieve productietechniek waarbij een laser wordt gebruikt om kleine deeltjes kunststof, metaal, keramiek of glaspoeder samen te smelten tot een 3D-object. SLS metaalpoeders met de juiste eigenschappen zijn cruciaal om via dit proces hoogwaardige metalen onderdelen met complexe geometrieën te maken.

Overzicht van SLS metaalpoeders

SLS metaalpoeders zijn metaalpoeders die geoptimaliseerd zijn voor gebruik in selectieve laser sintering 3D printers om metalen onderdelen en prototypes te produceren. De meest gebruikte SLS metaalpoeders zijn:

SLS metaalpoeder soorten

Type	Samenstelling	Sleuteleigenschappen
Roestvrij staal	Fe, Cr, Ni legeringen	Corrosiebestendigheid, hoge sterkte
Gereedschapsstaal	Fe-, Cr-, Mo-legeringen	Hoge hardheid, warmtebehandelbaar
Gelegeerd staal	Fe, Cr, Ni legeringen	Warmtebehandelbaar, machinaal bewerkbaar
Kobalt-chroom	Co, Cr legeringen	Biocompatibel, slijtvast/corrosiebestendig
Titanium & legeringen	Ti, Al, V-legeringen	Lichtgewicht, biocompatibel, sterk
Inconel	Ni-, Cr-legeringen	Hitte-/corrosiebestendig
Aluminium legeringen	Al, Cu, Mg-legeringen	Lichtgewicht, sterk

Deze metaalpoeders moeten eigenschappen hebben zoals vloeibaarheid, deeltjesvorm en grootteverdeling op maat om SLS onderdelen met hoge dichtheid te produceren met nauwkeurigheid, precisie en de gewenste mechanische eigenschappen.

Belangrijkste eigenschappen van SLS metaalpoeders

Parameter	Beschrijving	Vereisten
Maatbereik	Afmetingen poederdeeltjes	10-45 micron gebruikelijk
Grootteverdeling	Assortiment poederformaten	Meestal bolvormig met enkele satellieten toegestaan
Morfologie	Vorm poederdeeltjes	Sferisch is optimaal, satellieten kunnen defecten veroorzaken
Stroomsnelheid	Poeder vloeibaarheid	35-40 s/50g van Hall debietmeter
Schijnbare dichtheid	Poederverpakkingsdichtheid	Rond 60% ware dichtheid
Ware dichtheid	Materiaaldichtheid	Verschilt per samenstelling
Oppervlakte	Deeltjesoppervlak per massa-eenheid	Lager is beter om oxidatie te verminderen
Restgassen en vocht	Onzuiverheden in poeder	Geminimaliseerd voor onderdelen van hoge kwaliteit

SLS Metaalpoeder Kenmerken

Kenmerkend	Rol in SLS-proces
Deeltjesvorm en oppervlaktetextuur	Beïnvloeding van de poederstroom in elke nieuwe laag, laserabsorptie, reflectiviteit
Deeltjesgrootteverdeling	Invloed van verpakkingsdichtheid, smeltbaddynamiek, smeerbaarheid
Stromingseigenschappen	Zorgt voor uniforme smeerbaarheid, laagconsistentie
Schijnbare dichtheid	Bepaalt afstand tussen deeltjes, benodigde energie-input
Ware dichtheid	Bepaalt de uiteindelijke maximaal haalbare dichtheid van onderdelen
Legeringstoevoegingen	Maakt specifieke materiaaleigenschappen mogelijk zoals sterkte, hardheid enz.

Toepassingen van SLS metaalpoeders

SLS metaalpoeder maakt het printen van functionele metalen onderdelen met een volledige dichtheid mogelijk voor prototyping, tooling en kleine series in industrieën zoals:

Industriële toepassingen van SLS gedrukte metalen onderdelen

Industrie	Toepassingen	Gebruikte materialen
Lucht- en ruimtevaart	Turbinebladen, motor-/structuuronderdelen	Roestvrij staal, superlegeringen, titaanlegeringen
Automobiel	Prototype-onderdelen, aangepast gereedschap	Roestvrij staal, gereedschapsstaal, aluminiumlegeringen
Medische implantaten	Patiëntspecifieke implantaten, geleiders	Kobaltchroom, titaanlegeringen, roestvrij staal
Industrieel	Precisiegereedschap, robotgrijpers	Roestvrij staal, gereedschapsstaal
Juwelen	Ringen, kettingen, aangepaste stukken	Edele metalen zoals goudlegeringen, zilver

Enkele unieke voordelen ten opzichte van traditionele productieroutes:

Voordelen van SLS voor de productie van metalen onderdelen

Voordeel	Beschrijving
Geometrie vrijheid	Geen onderdeelgeometriebeperkingen in tegenstelling tot subtractieve/gietmethodes
Snelle doorlooptijd	Snel printen vanuit CAD-gegevens
Licht gewicht	Roosterstructuren verminderen gewicht met >30%
Gedeeltelijke consolidatie	Integraal geprinte assemblages vervangen verbindingen
Massaal maatwerk	Patiëntspecifieke medische hulpmiddelen
Hybride structuren	Multi-materiaal onderdelen van metaal en polymeer mogelijk

Algemene toepassingen van SLS-geprinte metalen onderdelen in verschillende industrieën:

Typische toepassingen van SLS-geprinte metalen onderdelen

Sollicitatie	Voorbeelden	Gebruikte materialen
Functionele prototypes	Motoronderdelen, implantaten	Gelegeerd staal, Ti legeringen
Hulpmiddelen	Boorgeleiders, opspanmiddelen, mallen	Roestvrij staal
Gereedschap voor matrijzen	Gereedschap voor spuitgieten	Gereedschapsstaal zoals H13
Serieproductie	Luchtvaart/medische componenten	Ti & Ni legeringen, CoCr
Lichtgewicht constructies	Traliepanelen, schoren	Al-legeringen, Ti-legeringen

SLS metaalpoeder specificaties

Fabrikanten van SLS-systemen zoals EOS, 3D Systems en Renishaw leveren gekwalificeerde SLS metaalpoeder specificaties op maat voor hun printermodellen. Enkele veel voorkomende metaalpoeders en afmetingen zijn:

SLS metaalpoeder soorten en maten

Materiaal	Beschikbare poedertypes	Deeltjesgroottebereik
Roestvrij staal	316L, 17-4PH, 303, 410	15-45 micron
Maragingstaal	MS1, 18N300, 18N350	15-45 micron
Kobaltchroom	CoCr, CoCrMo	15-45 micron
Aluminium profiel	AlSi10Mg, AlSi12	15-45 micron
Titanium legering	Ti6Al4V Kwaliteit 5	15-45 micron
Nikkel legering	Inconel 718, Inconel 625	15-45 micron

Standaardenorganisaties hebben classificaties gedefinieerd voor verschillende metaalpoederkwaliteiten die worden gebruikt in AM-processen:

Metaalpoeder Rangen per ISO/ASTM normen

Standaard	Cijfers	Beschrijving
ISO 17296-2	PA1 tot PA6	Stelt steeds strengere eisen aan onzuiverheden van P1 tot P6
ISO 17296-3	PM1 tot PM4	Definieert deeltjesvorm, grootteparameters van PM1 tot PM4
ASTM F3049	Klasse 1 tot Klasse 4	Definieert toegestane limieten op samenstellingsbereiken van 1 tot 4
ASTM F3056	Type 1 tot Type 3	Definieert statistische grootteverdelingsparameters van 1 tot 3

Deze classificatiesystemen helpen om kwaliteitsniveaus vast te stellen en helpen kopers bij de inkoop. Hoogzuiver PA5-poeder garandeert een minimale verontreiniging. Ook een strengere chemische controle van klasse 4 vermindert de variabiliteit.

SLS metaalpoeder Leveranciers

Wereldwijd leveren verschillende leveranciers kant-en-klare SLS-poeders. Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn:

Belangrijkste leveranciers van SLS metaalpoeder

Leverancier	Aangeboden materialen	Afzetgebieden
Sandvik	Roestvrij staal, nikkellegeringen, CoCr, gereedschapsstaal, aluminiumlegeringen	Europa, Azië
Praxair	Ti legeringen, Ni legeringen, roestvrij, gereedschapsstaal	Noord-Amerika
LPW-technologie	Roestvrij staal, aluminiumlegeringen, CoCr	Verenigd Koninkrijk, Europa
Timmerman additief	Roestvrij staal, CoCr, Cu, aluminiumlegeringen	Wereldwijd
Hoganas	Roestvrij staal, gereedschapsstaal	Europa, Azië

Gebruikelijke leveringsminima zijn ongeveer 10 kg per materiaalsoort, hoewel er ook grote volumecontracten bestaan voor OEM-kopers. De verpakkingsopties variëren van vacuüm verzegelde blikken tot gespecialiseerde SLS machinecartridges die elk 700 g tot 1 kg poeder bevatten.

SLS metaalpoeder verpakkingstypen

Type	Volume Bereiken	Kenmerken
Vacuümblikjes	batches van 500g tot 20kg	Houdbaarheid tot 1 jaar
Printercartridges	Batches van 700 tot 1000 g	Minimale blootstelling bij hantering
Materiaal torens	Patronen van 700 tot 1200 g	Automatische invoer in printer

Prijsklassen voor veelvoorkomende materialen in kleine hoeveelheden zijn:

Metaalpoeder kosten voor SLS printen

Materiaal	Kleine hoeveelheid Prijsklasse*
Roestvrij staal 316L	$60-$100 per kg
Aluminium AlSi10Mg	$80-$130 per kg
Maragingstaal	$90-$140 per kg
Titaan Ti6Al4V	$200-$350 per kg
Kobaltchroom	$300-$500 per kg
Edelmetalen	$3000+ per kg

SLS metaalpoeder materialen vergelijken

Er worden verschillende metaallegeringen gebruikt voor SLS printen, elk met hun eigen eigenschappen en nadelen:

Vergelijking SLS metaalpoeder materialen

Parameter	Roestvrij staal	Gereedschapsstaal	Titanium legeringen	Nikkellegeringen	Kobalt Chroom	Aluminium legeringen
Dikte	Medium	Hoger	Lager	Hoog	Hoog	Laagste
Kracht	Medium	Hoogste	Middelhoog	Middelhoog	Medium	Medium
Hardheid	Lager	Heel hoog	Medium	Medium	Hoger	Laag-Middelmatig
Corrosieweerstand	Uitstekend	Medium	Uitstekend	Uitstekend	Uitstekend	Gemiddeld-Goed
Bio-compatibiliteit	Goed	Beperkt	Uitstekend	Beperkt	Uitstekend	Goed
Hittebestendig	Medium	Middelhoog	Medium	Heel hoog	Heel hoog	Lager
Kosten	Laagste	Medium	Hoog	Heel hoog	Hoog	Laag

We zien dat roestvast staal de beste combinatie van eigenschappen biedt wanneer de kosten een rol spelen, terwijl gereedschapsstaal extreme hardheid biedt. Titanium biedt biocompatibiliteit en sterkte bij een lage dichtheid. Superlegeringen zoals Inconel en CoCr bieden thermische stabiliteit en biocompatibiliteit. Aluminiumlegeringen zijn de meest kosteneffectieve lichtgewicht optie.

Voor- en nadelen van gewone SLS metaalpoeders

Materiaal	Voordelen	Nadelen
Roestvrij staal	Kosteneffectief, gemakkelijk machinaal te bewerken	Lagere hardheid en sterkte
Gereedschapsstaal	Extreem hard en warmtebehandelbaar	Minder corrosiebestendigheid, biocompatibiliteit
Titanium legeringen	Sterk, lichtgewicht, bio-vriendelijk	Duur, kan verbranden in zuurstofatmosfeer
Nikkel legeringen	Uitstekende hittebestendigheid/corrosiebestendigheid	Zwaar, giftig, erg duur
Kobaltchroom	Biocompatibel, corrosiebestendig	Zwaar, gemiddelde kosten
Aluminium legeringen	Lichtgewicht, goede sterkte	Lager smeltpunt, hardheid

Criteria voor de klant om SLS metaalpoeder te selecteren

Selectiecriteria	Sleutelvragen
Mechanische eigenschappen	Voldoet het aan de beoogde toepassingssterkte, slijtvastheid en andere mechanische specificaties?
Materiaalkosten	Past het gewenste metaalpoedertype binnen het budget van de toepassing?
Nabewerking	Zijn er secundaire bewerkingen nodig zoals heet isostatisch persen of warmtebehandeling?
Productie	Is het doelvolume te hoog voor productie SLS printen?
Afmetingen onderdeelgrootte	Is het maximale bouwvolume van de printer voldoende voor de grootste onderdeelgeometrieën?
Resolutie, oppervlakteafwerking	Kan het SLS-proces voldoen aan de eisen voor fijne detaillering en oppervlaktekwaliteit?
Levertijd	Is de doorlooptijd van de leverancier acceptabel gezien de productietijd?

De toepassing van het eindproduct bepaalt de optimale materiaalselectie, waarbij een evenwicht wordt gezocht tussen prestatiebehoeften en economische aspecten.

Overzicht SLS metaalprintproces

Inzicht in SLS 3D printen helpt om te begrijpen hoe poedereigenschappen de kwaliteit van onderdelen beïnvloeden:

SLS 3D Printing procesfasen

Fase	Beschrijving
3D-modellering	CAD-software maakt solid/mesh-model van te printen onderdeel
Snijden	Model wordt digitaal in lagen gesneden om printerbestand te genereren
Poeder verspreiden	Roller of mes verspreidt dunne laag poeder op bouwplatform
Laserscannen	CO2-laser scant over poederbed om deeltjes samen te smelten
Daalplatform	Bouwplatform verlaagt met 1 laagdikte (~50 micron)
Herhaal spreiden/smelten	Stappen herhalen totdat het volledige object laag voor laag is opgebouwd
Nabewerking	Overtollig poeder verwijderd, laatste behandelingen gedaan om onderdeel af te werken

Hoe poederkenmerken afdrukresultaten beïnvloeden

Poeder eigendom	Invloed op afdrukkwaliteit
Poedergeometrie	Bolvormige deeltjes met een goede vloeiing maken uniforme lagen zonder defecten mogelijk
Bereik deeltjesgrootte	Te fijne poeders stromen slecht, te grote poeders zorgen voor een slechte resolutie
Grootteverdeling	Een te brede verdeling kan segregatie of variabele smelt veroorzaken
Schijnbare dichtheid	Hogere dichtheid zorgt voor grotere dichtheid van het uiteindelijke onderdeel na sinteren
Ware dichtheid	Plaatst bovengrens op haalbare onderdeeldichtheid
Oppervlaktestructuur	Ruwe deeltjes kunnen gassen vasthouden of de poederstroom belemmeren

We zien dat verschillende fysische poedereigenschappen een directe invloed hebben op de printresultaten, dus strenge controle door leveranciers is van cruciaal belang.

Nabewerking van SLS-geprinte metalen onderdelen

Na het SLS printproces helpen extra nabewerkingsstappen om de uiteindelijke eigenschappen van het onderdeel te verbeteren:

Gebruikelijke nabewerkingsstappen voor SLS-onderdelen

Proces	Beschrijving	Voordelen
Poeder verwijderen	Overtollig poeder eraf geborsteld/gestraald	Onthult bedrukt object
Stress verlichtend	Verhitting om restspanningen te verwijderen	Verbetert de maatnauwkeurigheid
Oppervlakteafwerking	Schuren, polijsten, parelstralen	Maakt oppervlak glad, helpt coatinghechting
Infiltratie	Vloeistof vult resterende porositeit	Verhoogt de dichtheid verder, verbetert de sterkte
Hittebehandeling	Thermische uithardings- en ontlaatcycli	Verbetert de hardheid van staal

Effecten van nabewerking op onderdeeleigenschappen

Eigendom	Invloed van nabewerking
Dikte	Infiltratie met epoxy of brons vult poriën waardoor de dichtheid toeneemt 5-15%
Oppervlakteruwheid	Handmatig/automatisch polijsten kan ruwheid onder 2 micron bereiken
Dimensionale nauwkeurigheid	De spanningsverlichtende warmtecyclus vermindert kromtrekken en verbetert de precisie
Treksterkte	Infiltratie verbetert UTS terwijl warmtebehandeling de vloeigrens kan verdubbelen
Ductiliteit	Afweging met krachtverbetering door nabehandelingen
Hardheid	Precipitatiehardende legeringen zoals 17-4PH reageren goed op verouderingsbehandelingen

Nabewerking maakt het dus mogelijk om de metaaleigenschappen verder aan te passen op basis van de toepassingsbehoeften.

SLS Metaaldruk Kwaliteitscontrole

Een consistente poedergrondstof van hoge kwaliteit in combinatie met de bewaking van het SLS-proces zorgt voor betrouwbare onderdelen:

Kwaliteitscontrole voor SLS metaalpoeder

Parameter	Typische specificatie	Testmethoden
Deeltjesgrootteverdeling	Doorstroomsnelheid hal > 35s/50g	Zeven, laserdiffractie
Schijnbare dichtheid	65-80% van ware dichtheid	Gravimetrische meting
Poeder samenstelling	Legeringsbereiken volgens ISO 27296	Röntgenfluorescentie
Oppervlaktemorfologie	Mediaan-cirkelvorm > 0,75	Microfoto's, beeldanalyse
Verontreiniging	< 50 ppm zuurstof, < 150 ppm stikstof	Analyse van inertgasfusie

In-procesbewaking voor SLS-printen

Metrisch	Gebruikte sensor	Doel
Laserkracht	Ingebouwde fotodiode	Behoudt fusieconsistentie
Temperatuur poederbed	IR-sensor	Zorgt voor integriteit van onderdelen, geen kromtrekken
Atmosfeer	Zuurstofanalysator	Vermijdt ontsteking van kruit in de bouwkamer
Laagdikte	Z-as encoder	Nauwkeurig reproduceerbare lagen

Een dergelijke strenge controle van het ingangspoeder en de procesinstellingen resulteert in metalen onderdelen van hoge kwaliteit van elke productierun.

SLS-metaalprinten vergeleken met alternatieven

Andere metalen 3D printalternatieven voor SLS zijn onder andere:

Vergelijking van Metalen 3D Printing Methodes

Metrisch	Binder jetting	DMLS	SLM	EBM
Grondstof	Metaal/polymeer mengpoeder	Metaalpoeder	Metaalpoeder	Metaaldraad/poeder
Energiebron	Vloeibaar bindmiddel	Vezellaser	Krachtige Yb-vezellaser	Elektronenbundel
Bouw snelheid	Matig, sneller dan lasermethoden	Traag door punt voor punt scannen	Zeer snel, volledig smelten	Snelste methode
Resolutie, oppervlakteafwerking	Slechter door bindmiddel, nabewerking helpt	Zeer goed dankzij fijne laserspot	Uitstekend dankzij volledig smelten	Matig door gedeeltelijk smelten
Dimensionale nauwkeurigheid	+/- 0,3% met CTQ-proces	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.2-0.3%
Nabewerking	Uitharden, sinteren beide nodig	Alleen ondersteuning voor verwijdering	Enige machinale bewerking kan nodig zijn	Meeste secundaire werk nodig
Kosten per onderdeel	Lagere materiaalkosten helpen de prijs te drukken	Veel hogere bedrijfskosten	Hoge apparatuur- en materiaalkosten	Hoge apparatuurkosten

Van alle methoden is binder jetting het meest kosteneffectief gebleken voor de productie van metalen onderdelen bij lagere volumes tot 10.000 stuks. SLS biedt de eenvoudigste nabewerking in combinatie met een goede nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking.

Veelgestelde vragen

Welke industrieën gebruiken SLS-metaalprinten?

SLS-metaalprinten wordt gebruikt in de ruimtevaart, auto-industrie, medische industrie en vele andere industrieën waar metalen precisieonderdelen nodig zijn.

Wat is de nauwkeurigheid en resolutie van SLS-metaalprinten?

De nauwkeurigheid en resolutie zijn afhankelijk van verschillende factoren, zoals de machine, het materiaal en de procesparameters, maar SLS-metaalprinten kan hoge precisieniveaus bereiken.

Is nabewerking nodig voor SLS metaal-geprinte onderdelen?

Ja, nabewerking kan nodig zijn om ondersteunende structuren te verwijderen, de oppervlakteafwerking te verbeteren en te voldoen aan specifieke vereisten voor de toepassing.

Wat zijn de beperkingen van SLS-metaalprinten?

Enkele beperkingen zijn de kosten van de apparatuur, de beperkte grootte van de bouwkamers en de noodzaak van goede veiligheidsmaatregelen door het gebruik van lasers en metaalpoeders.

Kan SLS-metaal printen worden gebruikt voor massaproductie?

Ja, SLS-metaalprinten kan worden gebruikt voor zowel prototyping als de productie van kleine tot middelgrote aantallen metalen onderdelen.

Is SLS-metaal printen milieuvriendelijk?

Hoewel het materiaalafval kan verminderen in vergelijking met traditionele productiemethoden, zijn de afvoer van metaalpoeders en het energieverbruik factoren om rekening mee te houden wat betreft de impact op het milieu.

Zijn er veiligheidsmaatregelen bij het werken met SLS-metaalprinten?

Ja, er moeten veiligheidsmaatregelen worden genomen bij het werken met metaalpoeders en operators moeten worden opgeleid om veilig met lasersystemen te werken.

Wat zijn de kosten van SLS-metaalprintservices?

De kosten variëren afhankelijk van factoren zoals de materiaalkeuze, de complexiteit van de onderdelen en de hoeveelheid. Je kunt het beste offertes aanvragen bij dienstverleners voor specifieke projecten.

ken meer 3D-printprocessen