Proszek metalowy do druku 3D

Przegląd Proszek metalowy do druku 3D

Proszek metalowy do druku 3D odnosi się do drobnych proszków metalicznych, które są wykorzystywane jako surowce w różnych procesach produkcji dodatków metalowych do wytwarzania metalowych części i produktów. Najpopularniejsze proszki metali stosowane do druku 3D obejmują stal nierdzewną, tytan, stopy niklu, aluminium i kobalt-chrom.

Synteza w złożu proszku metalu i ukierunkowane osadzanie energii to dwie główne rodziny procesów druku 3D z metalu, które wykorzystują proszki metalu do konstruowania części warstwa po warstwie z modeli CAD. Charakterystyka i właściwości materiałowe proszków metali mają znaczący wpływ na końcową jakość części, dokładność, wykończenie powierzchni i wydajność.

Kluczowe szczegóły:

• Popularne proszki metali: stal nierdzewna, tytan, stopy niklu, aluminium, kobalt-chrom
• Główne procesy druku 3D z metalu: Synteza w złożu proszkowym, Bezpośrednie osadzanie energii
• Charakterystyka proszku krytyczna dla jakości części
• Zakres opcji stopów w zależności od zastosowania
• Najczęściej używane do prototypowania i produkcji w różnych branżach
• Zapewnia korzyści, takie jak złożone geometrie, lekkość, konsolidacja części

Rodzaje i skład proszków metali

Istnieje wiele standardowych i niestandardowych proszków stopów metali dostępnych do druku 3D od różnych producentów materiałów. Większość stopów jest zoptymalizowana specjalnie pod kątem procesów produkcji addytywnej.

Stal nierdzewna 316L oraz Ti-6Al-4V są obecnie najpopularniejszymi stopami wykorzystywanymi do druku 3D z metalu. Nowe stopy o ulepszonych właściwościach są stale opracowywane i wprowadzane do wymagających zastosowań w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i inżynierii ogólnej.

Właściwości proszku do drukowania na metalu

Główne właściwości proszków metali, które określają jakość części i stabilność procesu, obejmują:

Wielkość cząstek - Między 15-45 mikronów
Morfologia - Sferoidalny, dobra płynność
Chemia - Skład stopu z zachowaniem wąskich tolerancji
Gęstość - Gęstość pozorna i gęstość kranowa - kluczowe wskaźniki
Natężenie przepływu - Krytyczne dla jednolitej grubości warstwy
Możliwość ponownego użycia - Recykling zazwyczaj do 5-10 razy

Rozkład wielkości cząstek jest szczególnie krytyczna w optymalnym zakresie rozmiarów - zbyt wiele drobnych lub dużych cząstek poza idealną frakcją powoduje wady. Producenci dążą do uzyskania wysokiej wydajności w ramach wąskiej specyfikacji i stałej jakości partii.

Zastosowania proszków do druku 3D w metalu

Druk 3D części metalowych zyskuje na popularności w różnych branżach, od lotnictwa, urządzeń medycznych i motoryzacji po ogólne zastosowania inżynieryjne.

Niektóre typowe zastosowania popularnych materiałów obejmują

Stal nierdzewna - Sprzęt do obsługi żywności, narzędzia chirurgiczne, rury, obudowy pomp
Tytan - Części konstrukcyjne samolotów i wiropłatów, implanty biomedyczne
Aluminium - Części samochodowe, wymienniki ciepła, artykuły sportowe
Nadstopy niklu - Łopatki turbin, części silników rakietowych, zastosowania nuklearne
Chrom kobaltowy - Protezy stawu kolanowego/biodrowego, korony i mosty dentystyczne

Dodatki do metalu umożliwiają wytwarzanie lżejszych, mocniejszych i bardziej wydajnych produktów. Ma to sens ekonomiczny w przypadku drogich materiałów stosowanych w małych ilościach o niestandardowych geometriach, takich jak komponenty lotnicze. Druk 3D znacznie upraszcza również wytwarzanie złożonych projektów z wewnętrznymi kanałami do chłodzenia konformalnego w formach wtryskowych.

Specyfikacje dla proszków metali

Międzynarodowe i branżowe standardy zostały ustanowione w celu zapewnienia spełnienia wymagań jakościowych dla przemysłowego wykorzystania proszków AM:

Producenci dostarczają certyfikaty partii proszku z wynikami testów wykazującymi zgodność z normami dla większości popularnych materiałów, takich jak 316L lub Ti64.

Dostawcy i koszty produkcji proszków metali

Szeroka gama proszków metalowych do produkcji addytywnej jest dostępna zarówno od dużych konglomeratów, jak i mniejszych wyspecjalizowanych producentów na całym świecie. Do wiodących dostawców należą:

Producenci proszków metalowych

Koszty proszku metalowego

Koszt zależy od stopu, standardu jakości, producenta, wielkości zakupu, regionu itp. Stopy niestandardowe mogą kosztować wielokrotnie więcej niż standardowe gatunki. Proszek jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do kosztów budowy AM, więc użytkownicy dążą do jego ponownego wykorzystania w jak największym stopniu.

Porównanie procesów druku 3D w metalu

Istnieją dwie główne rodziny technik wytwarzania przyrostowego odpowiednich dla materiałów metalowych - Powder Bed Fusion (PBF) oraz Bezpośrednie osadzanie energii (DED). W ramach tych metod istnieją różne metody z niewielkimi różnicami w zależności od źródła ciepła używanego do miejscowego topienia warstw proszku metalowego.

Metody fuzji w złożu proszkowym:

• Selektywne topienie laserowe (SLM)
• Selektywne spiekanie laserowe (SLS)
• Topienie wiązką elektronów (EBM)

Metody ukierunkowanego osadzania energii:

• Laserowe osadzanie metalu (LMD)
• Laserowe kształtowanie siatki (LENS)

Porównanie metod druku 3D w metalu

DED lepiej nadaje się do dużych części metalowych, takich jak formy naprawcze lub obudowy turbin, gdzie dokładność wymiarowa nie jest zbyt krytyczna. PBF oferuje znacznie lepsze wykończenie powierzchni i rozdzielczość dla małych komponentów o skomplikowanych szczegółach, takich jak siatki. Opcje materiałowe dla DED są bardziej ekspansywne, w tym stopy reaktywne.

Oba procesy wykorzystują kluczowe zalety metalowej technologii AM, takie jak personalizacja, konsolidacja części i lekkie konstrukcje. W przypadku zastosowań produkcyjnych, produkcja hybrydowa łącząca druk 3D z metalu i obróbkę CNC zapewnia optymalną równowagę między złożonością geometryczną a precyzją.

Zalety wytwarzania przyrostowego metali

Wykorzystanie druku 3D do produkcji komponentów metalowych oferuje różne korzyści techniczne i ekonomiczne, które napędzają przyjęcie w różnych branżach:

Korzyści płynące z zastosowania technologii Metal AM

• Swoboda projektowania złożonych, organicznych kształtów dzięki optymalizacji topologii
• Znaczna redukcja masy dzięki kratownicom i cienkim ściankom
• Redukcja liczby części poprzez konsolidację zespołów
• Niestandardowe geometrie dostosowane do obciążeń i funkcji
• Brak oprzyrządowania, mocowań i szybkich zmian to idealne rozwiązanie w przypadku niskich wolumenów.
• Zmniejszona ilość odpadów materiałowych w stosunku do technik subtraktywnych

Lżejsze kute wsporniki tytanowe do samolotów, dopasowane do pacjenta implanty czaszkowe i uproszczone dysze paliwowe silników to tylko niektóre przykłady, w których metal AM zapewnia wartość w porównaniu z konwencjonalnymi metodami produkcji.

Ograniczenia wytwarzania przyrostowego metali

Pomimo korzyści, dodatki do metali mają pewne nieodłączne ograniczenia procesowe, które obecnie hamują ich wykorzystanie w wielu zastosowaniach:

Ograniczenia technologii Metal AM

• Wysokie koszty sprzętu i materiałów
• Ograniczony wybór stopów i właściwości mechanicznych
• Niższa wydajność w porównaniu do metod produkcji masowej
• Przetwarzanie końcowe, takie jak usuwanie podpór i obróbka powierzchni, wydłuża czas.
• Wymogi dotyczące kwalifikacji i certyfikacji w sektorach regulowanych
• Niedokładności wymiarowe i niższa powtarzalność
• Wyższa chropowatość powierzchni wymagająca wykończenia
• Naprężenia szczątkowe powstające podczas budowy

Te bariery techniczne i ekonomiczne oznaczają, że AM najlepiej nadaje się do małych partii, w których korzyści przewyższają ograniczenia. Hybrydowe techniki subtraktywne pomagają rozwiązać braki w zakresie precyzyjnych komponentów. Trwające prace badawczo-rozwojowe nad sprzętem i materiałami skoncentrowane na jakości, szybkości i optymalizacji parametrów poprawiają rentowność przemysłową.

FAQ

Oto kilka często zadawanych pytań dotyczących proszków metali w procesach AM:

P: Jakie są obecnie najczęściej używane stopy metali do druku 3D?

A: Stal nierdzewna 316L, stop tytanu Ti-6Al-4V, stop aluminium AlSi10Mg, nadstopy niklu Inconel 625 i 718 oraz stopy kobaltowo-chromowe CoCr.

P: Jakie testy są przeprowadzane w celu zapewnienia spójności jakości partii metalowych proszków do drukowania?

O: Dostawcy przeprowadzają testy zgodnie z normami przemysłowymi w celu sprawdzenia, czy skład chemiczny mieści się w granicach tolerancji, rozkład wielkości cząstek jest zgodny z idealnymi frakcjami zoptymalizowanymi dla procesów AM, morfologia i kształt proszku są kuliste, gęstość pozorna i kranowa odpowiadają zakresowi dobrego przepływu, a szybkość przepływu jest odpowiednia.

P: Czy proszek metalowy z pierwszego tłoczenia jest obowiązkowy, czy też można stosować proszek z recyklingu?

O: W zależności od zastosowania można wykorzystać zarówno pierwotny proszek, jak i proszek z recyklingu z wcześniejszych kompilacji, zwykle do 5-10 cykli ponownego użycia przed odświeżeniem za pomocą pierwotnego materiału.

P: W jaki sposób produkowane są proszki metali do AM?

O: Powszechne techniki produkcji obejmują atomizację gazową, atomizację plazmową i procesy elektrolityczne. Dają one drobne kuliste proszki odpowiednie do rozprowadzania cienkich jednolitych warstw wymaganych w metalowych PBF.

P: Co powoduje wady drukowanych w 3D części metalowych związane z proszkami?

O: Zanieczyszczenia w proszkach, zbyt wiele satelitów lub nieregularnych cząstek poza specyfikacjami zakresu rozmiarów, problemy z degradacją proszku podczas cykli ponownego użycia oraz problemy z grubością warstwy lub jednorodnością podczas rozprowadzania i ponownego powlekania.

P: W jaki sposób kupujący mogą wybrać i pozyskać optymalny rodzaj i jakość proszku metalowego?

O: Renomowani producenci dostarczający kompleksowe arkusze danych materiałowych, certyfikaty analizy partii produkcyjnych, zgodność z normami przemysłowymi, takimi jak ASTM F3049, dowody rygorystycznych testów kontroli jakości oraz gwarancje dotyczące składu chemicznego, rozkładu wielkości itp. zapewniają niezawodność i spójność niezbędną w przemysłowych zastosowaniach AM.

Wnioski

Podsumowując, drobne sferyczne proszki metaliczne o ściśle kontrolowanych właściwościach odgrywają istotną rolę jako podstawowy surowiec do produkcji przyrostowej precyzyjnych elementów metalowych w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i inżynieryjnym.

Stal nierdzewna, tytan, aluminium, nadstopy niklu i kobaltowo-chromowe są obecnie najczęściej stosowanymi materiałami w produkcji przemysłowej. Jakość części, dokładność, właściwości materiału i stabilność procesu zależą w dużej mierze od wielkości, kształtu, składu chemicznego, gęstości i parametrów przepływu proszku.

Wraz ze wzrostem jakości i wyboru stopów oraz zwiększeniem wydajności sprzętu, druk 3D ma szansę przekształcić produkcję w wielu sektorach, umożliwiając tworzenie lżejszych, mocniejszych i wysokowydajnych produktów z wcześniej niemożliwymi do zaprojektowania częściami zoptymalizowanymi pod kątem topologii, skonsolidowanymi z zespołów.

poznaj więcej procesów druku 3D