Proszki metali do druku 3D

Przegląd

Druk 3D, znany również jako wytwarzanie przyrostowe (AM), wykorzystuje proszki metali do konstruowania złożonych komponentów warstwa po warstwie bezpośrednio z modeli cyfrowych. Proszki są selektywnie stapiane lub wiązane za pomocą precyzyjnych źródeł ciepła kierowanych na geometrię modelu CAD.

Popularne procesy AM dla metali obejmują natryskiwanie spoiwa, ukierunkowane osadzanie energetyczne, stapianie w złożu proszkowym, laminowanie arkuszy i wiele innych. Każdy z nich wymaga surowca w postaci proszku o określonych właściwościach, aby osiągnąć optymalną gęstość, wykończenie powierzchni, dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne.

Ten przewodnik zawiera szczegółowe omówienie proszków metali do druku 3D, w tym rodzaje stopów, metody produkcji proszku, kluczowe właściwości proszku, zastosowania, specyfikacje, dostawcy i względy zakupowe przy pozyskiwaniu materiału. Pomocne tabele porównawcze podsumowują dane techniczne, aby pomóc w wyborze i kwalifikacji proszku.

Łączenie się z doświadczonymi dostawcami zoptymalizowanych proszków do druku 3D umożliwia producentom poprawę jakości druku, redukcję defektów i pełne wykorzystanie zalet AM, takich jak swoboda projektowania, szybsza iteracja i konsolidacja części.

Stopy do proszków do druku 3D

Szeroka gama metali i stopów jest dostępna w postaci proszku odpowiedniej do procesów AM:

Wspólne systemy stopowe dla Proszki metali do druku 3D

• Stale nierdzewne
• Stale narzędziowe
• Tytan i stopy tytanu
• Stopy aluminium
• Nadstopy niklu
• Stopy kobaltowo-chromowe
• Stopy miedzi
• Metale szlachetne

Można pozyskać zarówno stopy standardowe, jak i niestandardowe, aby spełnić określone wymagania aplikacji pod względem odporności na korozję, wytrzymałości, twardości, przewodności lub innych właściwości.

Metody produkcji proszków metali dla AM

Produkcja przyrostowa wykorzystuje proszki metali produkowane w następujący sposób:

Typowe metody wytwarzania proszków metali do druku 3D

• Atomizacja gazu
• Rozpylanie wody
• Atomizacja plazmowa
• Elektroliza
• Proces żelaza karbonylowego
• Stopy mechaniczne
• Wodorkowanie/odwodnianie metali
• Sferoidyzacja plazmy
• Granulacja

Sferyczne, atomizowane proszki zapewniają optymalny przepływ i gęste upakowanie potrzebne w większości procesów AM. Niektóre techniki pozwalają na wykorzystanie cząstek stopu w skali nano lub dostosowanych do indywidualnych potrzeb.

Kluczowa charakterystyka proszków drukarskich do metali

Krytyczne właściwości proszku dla AM obejmują:

Właściwości metalowego proszku do druku 3D

Charakterystyka	Typowe wartości	Znaczenie
Rozkład wielkości cząstek	10 do 45 mikronów	Wpływa na zagęszczenie i wykończenie powierzchni
Kształt cząsteczki	Kulisty	Poprawia przepływ i pakowanie
Gęstość pozorna	2 do 4 g/cm3	Wpływa na gęstość łóżka
Gęstość kranu	3 do 6 g/cm3	Wskazuje ściśliwość
Natężenie przepływu w hali	25-50 s/50g	Zapewnia równomierne rozprowadzanie proszku
Utrata przy zapłonie	0.1-0.5%	Niska wilgotność poprawia druk
Zawartość tlenu	<0,1%	Minimalizuje defekty mikrostrukturalne

Precyzyjne kontrolowanie takich cech, jak wielkość, kształt i skład chemiczny cząstek, ma kluczowe znaczenie dla uzyskania w pełni gęstych części AM o pożądanych właściwościach mechanicznych.

Zastosowania Proszki metali do druku 3D

AM umożliwia realizację skomplikowanych geometrii niemożliwych do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych technik:

Zastosowania do druku 3D w metalu

Przemysł	Zastosowania	Korzyści
Lotnictwo i kosmonautyka	Łopatki turbin, konstrukcje	Swoboda projektowania, redukcja masy
Medyczny	Implanty, protetyka, narzędzia	Dostosowane kształty
Motoryzacja	Lekkie prototypy i narzędzia	Szybka iteracja
Obrona	Części do dronów, konstrukcje zabezpieczające	Szybkie prototypy i krótkie serie
Energia	Wymienniki ciepła, kolektory	Konsolidacja części i optymalizacja topologii
Elektronika	Ekranowanie, urządzenia chłodzące, EMI	Złożone konstrukcje zamknięte

Zmniejszenie masy, konsolidacja części i wysokowydajne stopy do stosowania w ekstremalnych warunkach zapewniają kluczowe zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji.

Specyfikacje dotyczące proszków metali do druku 3D

Międzynarodowe specyfikacje pomagają ujednolicić właściwości proszku AM:

Standardy proszków metali dla wytwarzania przyrostowego

Standard	Zakres	Parametry	Metody testowe
ASTM F3049	Przewodnik dotyczący charakteryzowania metali AM	Pobieranie próbek, analiza wielkości, chemia, defekty	Mikroskopia, dyfrakcja, SEM-EDS
ASTM F3001-14	Stopy tytanu dla AM	Wielkość cząstek, skład chemiczny, przepływ	Przesiewanie, SEM-EDS
ASTM F3301	Stopy niklu dla AM	Analiza kształtu i rozmiaru cząstek	Mikroskopia, analiza obrazu
ASTM F3056	Stal nierdzewna dla AM	Chemia, właściwości proszku	ICP-OES, piknometria
ISO/ASTM 52921	Standardowa terminologia dla proszków AM	Definicje i właściwości proszku	Różne

Zgodność z opublikowanymi specyfikacjami zapewnia powtarzalną, wysoką jakość surowca proszkowego do krytycznych zastosowań.

Globalni dostawcy Proszki metali do druku 3D

Wiodący międzynarodowi dostawcy proszków metali zoptymalizowanych pod kątem AM to m.in:

Producenci proszków metalowych do druku 3D

Dostawca	Materiały	Typowy rozmiar cząstek
Sandvik	Stal nierdzewna, stal narzędziowa, stopy niklu	15-45 mikronów
Praxair	Tytan, nadstopy	10-45 mikronów
AP&C	Stopy tytanu, niklu i kobaltu	5-25 mikronów
Carpenter Additive	Chrom kobaltowy, stal nierdzewna, miedź	15-45 mikronów
Technologia LPW	Stopy aluminium, tytan	10-100 mikronów
EOS	Stal narzędziowa, chrom kobaltowy, stal nierdzewna	20-50 mikronów

Wiele z nich koncentruje się na drobnych, sferycznych proszkach specjalnie zaprojektowanych do powszechnych metod AM, takich jak rozpylanie spoiwa, fuzja złoża proszku i ukierunkowane osadzanie energii.

Względy zakupowe proszku metalicznego do druku 3D

Kluczowe aspekty do omówienia z dostawcami proszków metali:

• Pożądany skład i właściwości stopu
• Docelowy rozkład wielkości i kształt cząstek
• Gęstość obudowy i płynność hali
• Dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń, takich jak tlen i wilgoć
• Wymagane dane testowe i charakterystyka proszku
• Dostępny zakres ilości i czas realizacji
• Specjalne środki ostrożności podczas postępowania z materiałami piroforycznymi
• Systemy jakości i identyfikowalność pochodzenia proszku
• Wiedza techniczna w zakresie wymagań dotyczących proszków specyficznych dla AM
• Logistyka i mechanizmy dostawy

Ściśle współpracuj z dostawcami doświadczonymi w zakresie zoptymalizowanych proszków AM, aby zapewnić idealny dobór proszku do Twojego procesu i komponentów.

Plusy i minusy proszków do druku 3D z metalu

Korzyści i ograniczenia proszków metali dla AM

Zalety	Wady
Umożliwia tworzenie złożonych, niestandardowych geometrii	Wyższy koszt niż w przypadku konwencjonalnych materiałów
Znacznie skraca czas tworzenia oprogramowania	Wymagane środki ostrożności przy obchodzeniu się z proszkiem
Upraszcza montaż i obniża wagę	Post-processing jest często wymagany w przypadku części drukowanych na gotowo
Osiąga właściwości zbliżone do materiałów kutych	Ograniczenia rozmiaru i objętości kompilacji
Eliminuje drogie matryce, formy i oprzyrządowanie	Naprężenia termiczne mogą powodować pękanie i odkształcenia
Umożliwia konsolidację części i optymalizację topologii	Niższe wolumeny produkcji niż w przypadku tradycyjnych metod
Znacznie poprawia współczynnik zakupu do lotu	Wymaga rygorystycznej charakterystyki proszku i opracowania parametrów

Przy odpowiednim zastosowaniu, technologia AM zapewnia przełomowe korzyści, ale wymaga specjalistycznej wiedzy, aby skutecznie ją wdrożyć.

FAQ

Jak mały może być rozmiar cząstek proszku metalu dla AM?

Specjalistyczne techniki atomizacji mogą wytwarzać proszek o wielkości od 1 do 10 mikronów, jednak większość drukarek do metali działa najlepiej z minimalnym rozmiarem około 15-20 mikronów dla dobrego przepływu i upakowania.

Co powoduje słabe wykończenie powierzchni drukowanych części metalowych?

Chropowatość powierzchni wynika z częściowo stopionego proszku przylegającego do powierzchni, rozprysków, schodków i nieoptymalnych właściwości jeziorka. Używanie drobniejszych proszków i wybieranie idealnych parametrów przetwarzania wygładza wykończenie.

Czy wszystkie metody druku 3D z metalu działają z tymi samymi proszkami?

Procesy te pokrywają się, jednak w przypadku rozpylania spoiwa generalnie stosuje się szerszy rozkład wielkości proszku niż w przypadku stapiania w złożu proszkowym. Niektóre procesy są ograniczone do określonych stopów na podstawie temperatury topnienia lub reaktywności.

Jak powstają proszki mieszane lub bimetaliczne?

Proszki wstępnie stopowe zapewniają jednolite właściwości, ale w przypadku kompozytów fizyczne mieszanie proszków lub specjalistyczne techniki atomizacji zapewniają mieszane mieszanki proszków pierwiastkowych.

Jak długo trwa wymiana materiału proszkowego w drukarce do metalu?

Pełne czyszczenie i zmiana między znacznie różniącymi się stopami wymaga zazwyczaj 6-12 godzin. Szybkie zmiany między podobnymi materiałami mogą trwać mniej niż godzinę.

Wnioski

Zoptymalizowane proszki metali umożliwiają procesy wytwarzania przyrostowego w celu konstruowania złożonych, wytrzymałych komponentów metalowych o doskonałych właściwościach. Dopasowanie składu chemicznego stopów i właściwości proszku do metody drukowania i wymagań dotyczących wydajności komponentów ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości wyników. Współpracując z doświadczonymi dostawcami proszków, użytkownicy końcowi wykorzystują wiedzę specjalistyczną zarówno w zakresie produkcji proszków, jak i procesów drukowania 3D, aby szybciej i bardziej niezawodnie opracowywać solidne komponenty AM.

poznaj więcej procesów druku 3D