Proszek do wytwarzania przyrostowego

Przegląd

Produkcja przyrostowa (AM), znana również jako druk 3D, wykorzystuje proszki metali do konstruowania komponentów warstwa po warstwie w oparciu o modele cyfrowe. Proszek pełni rolę surowca i jest selektywnie topiony, spiekany lub wiązany przez precyzyjne źródła ciepła kierowane przez geometrię CAD.

Popularne procesy AM dla metali obejmują natryskiwanie spoiwa, ukierunkowane osadzanie energetyczne, stapianie w złożu proszkowym i laminowanie arkuszy. Każda technika wymaga proszku o określonych właściwościach, aby osiągnąć optymalną gęstość, wykończenie powierzchni, precyzję wymiarową i właściwości mechaniczne drukowanych części.

Ten przewodnik zawiera szczegółowe omówienie proszków metalicznych dla AM, w tym opcje stopów, metody produkcji, kluczowe właściwości proszku, zastosowania, specyfikacje, dostawców i względy zakupowe przy pozyskiwaniu materiału. Pomocne tabele porównawcze podsumowują dane techniczne, aby pomóc w wyborze i kwalifikacji proszku.

Pozyskiwanie zoptymalizowanego proszku AM umożliwia producentom poprawę jakości druku, redukcję defektów i pełne wykorzystanie zalet drukowania 3D, takich jak swoboda projektowania, szybsza iteracja i konsolidacja części. Kontakt z kompetentnymi dostawcami upraszcza kwalifikację surowców.

Opcje stopów dla proszku AM

Dostępna jest szeroka gama metali i stopów jako zoptymalizowany surowiec proszkowy do procesów drukowania 3D:

Wspólne systemy stopowe dla Proszek do wytwarzania przyrostowego

• Stale nierdzewne
• Stale narzędziowe
• Tytan i stopy tytanu
• Stopy aluminium
• Nadstopy niklu
• Stopy kobaltowo-chromowe
• Metale szlachetne, takie jak złoto, srebro
• Stopy egzotyczne, takie jak miedź, tantal, wolfram

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

Metody produkcji proszków metali dla AM

W produkcji przyrostowej wykorzystuje się proszek metalowy wytwarzany w następujący sposób:

Typowe metody wytwarzania proszków metali dla AM

• 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 wymagane w większości procesów AM. Niektóre techniki pozwalają na wykorzystanie cząstek stopu w skali nano lub dostosowanych do indywidualnych potrzeb.

Kluczowa charakterystyka proszku metalicznego AM

Krytyczne właściwości proszku dla AM obejmują:

Metal Proszek do wytwarzania przyrostowego Właściwości

Charakterystyka	Typowe wartości	Znaczenie
Rozkład wielkości cząstek	10 do 45 mikronów	Wpływa na zagęszczenie i wykończenie powierzchni
Kształt cząsteczki	Kulisty	Poprawia przepływ i upakowanie proszku
Gęstość pozorna	2 do 4 g/cm3	Wpływa na gęstość złoża proszku
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 zawartość wilgoci poprawia druk
Zawartość tlenu	<0,1%	Minimalizuje defekty tlenkowe

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

Zastosowania proszku metalicznego AM

Produkcja przyrostowa umożliwia uzyskanie złożonych geometrii niemożliwych do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych technik:

Zastosowania wytwarzania przyrostowego metali

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 proszku metalicznego AM

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 proszków metali AM

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

Producenci proszków metali do produkcji addytywnej

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.

Rozważania dotyczące zakupu proszku metalowego AM

Kluczowe aspekty do omówienia z dostawcami:

• 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 przy obchodzeniu się ze stopami piroforycznymi
• Systemy jakości i identyfikowalność pochodzenia proszku
• Ekspertyza techniczna w zakresie wymagań dotyczących proszków AM
• Logistyka i mechanizmy dostawy

Ściśle współpracuj z dostawcami doświadczonymi w zakresie proszków specyficznych dla AM, aby zapewnić idealny dobór materiału do procesu i komponentów.

Plusy i minusy proszku metalowego AM

Zalety i ograniczenia proszków metali w produkcji addytywnej

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 kosztowne 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.

Najczęściej zadawane pytania

Jak mały może być rozmiar cząstek w produkcji przyrostowej metali?

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?

Wstępnie stopione proszki zapewniają jednolite właściwości, ale w przypadku kompozytów fizyczne mieszanie proszków lub specjalistyczne techniki atomizacji zapewniają niestandardowe 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 procesom wytwarzania przyrostowego konstruowanie złożonych, wytrzymałych elementów metalowych o doskonałych właściwościach. Dopasowanie składu chemicznego stopu 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 zarówno w zakresie produkcji proszków, jak i procesów drukowania 3D, aby tworzyć części szybciej i bardziej niezawodnie. Ciągłe postępy w dziedzinie proszków metali przyczyniają się do coraz szerszego stosowania technik addytywnych w kluczowych branżach.

poznaj więcej procesów druku 3D