Proszek metalowy do druku 3D w Kanadzie

Przegląd proszku metalicznego do druku 3D

Druk 3D, znany również jako produkcja addytywnazrewolucjonizował procesy produkcyjne w zakresie prototypowania i zastosowań produkcyjnych. W przeciwieństwie do tradycyjnych technik subtraktywnych, które usuwają materiał, druk 3D buduje komponenty warstwa po warstwie w oparciu o cyfrowy model 3D.

W szczególności druk 3D metalu otwiera możliwości wytwarzania skomplikowanych, lekkich geometrii o wysokiej wytrzymałości i odporności termicznej przy użyciu różnych proszków stopowych. Drobny proszek metaliczny jest selektywnie stapiany za pomocą źródła ciepła, takiego jak laser lub wiązka elektronów, w celu stopienia warstw.

Kanada wyrasta na wiodący ośrodek druku 3D w metalu, a dostawcy materiałów, biura usług i producenci części do zastosowań końcowych wdrażają tę technologię. Artykuł ten zawiera kompleksowy przegląd proszków metali stosowanych w druku 3D w Kanadzie.

Rodzaje proszków metali stosowanych w druku 3D

Do tworzenia metalowych części drukowanych w 3D wykorzystuje się kilka stopów, w tym:

Najpopularniejszymi obecnie proszkami metali stosowanymi w druku 3D są stale nierdzewne, stopy tytanu, nadstopy niklu i stopy kobaltowo-chromowe. Wybór zależy od wymagań mechanicznych, wymaganej odporności na korozję, odporności na wysokie temperatury, wagi, biokompatybilności i kosztu.

Metody wytwarzania proszków metali

Proszki metali można wytwarzać różnymi metodami, z których każda daje proszki o różnych właściwościach dostosowanych do procesów AM:

• Atomizacja gazu – Gaz pod wysokim ciśnieniem rozbija strumień stopionego metalu na drobne kropelki, które zestalają się, tworząc kuliste cząstki idealne do druku 3D
• Rozpylanie wody – Tańszy, ale wytwarza więcej cząstek o nieregularnym kształcie
• Atomizacja plazmowa – Umożliwia atomizację reaktywnych stopów, takich jak tytan i aluminium, w obojętnej atmosferze
• Atomizacja gazu topiącego metodą indukcji elektrody (EIGA) – Łączy topienie indukcyjne i atomizację gazową w przypadku małych ilości specjalistycznych stopów
• Mechaniczne frezowanie/stopowanie – Mielenie kulowe proszków metali w celu uzyskania określonych mikrostruktur i kształtów cząstek

Techniki atomizacji umożliwiają precyzyjną kontrolę składu proszku, morfologii, struktury ziaren, rozkładu wielkości cząstek i charakterystyki przepływu potrzebnej do uzyskania wysokiej jakości części drukowanych w 3D.

Specyfikacja proszku metalowego

Proszki metali stosowane w produkcji przyrostowej muszą spełniać rygorystyczne specyfikacje dotyczące:

• Wielkość cząstek – Zwykle od 10 do 45 mikronów
• Morfologia – Sferyczne, pozbawione satelitów cząstki zapewniają dobry przepływ i gęste upakowanie
• Skład chemiczny – Ścisła kontrola w celu uzyskania pożądanych właściwości mechanicznych
• Mikrostruktura – Zależy od szybkości krzepnięcia podczas atomizacji
• Charakterystyka przepływu proszku – Wpływa na równomierność rozprowadzania podczas druku

Utrzymanie spójności właściwości proszku ma kluczowe znaczenie dla uzyskania pozbawionych defektów, niezawodnych komponentów metalowych drukowanych w 3D.

Dostawcy proszków metali w Kanadzie

W Kanadzie rośnie liczba firm zajmujących się produkcją i dostawą proszków metali dla przemysłu AM:

Wiodący dostawcy proszków metali w Kanadzie

Ci główni producenci proszków metali rozpoczęli działalność w Kanadzie, aby być blisko rozwijającego się rynku. Oferują szeroką gamę stopów spełniających wymagania zastosowań w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i przemysłowym druku 3D.

Ponadto Kanada jest domem dla producentów specjalistycznych proszków metali, takich jak Nanosteel, Quebec Metal Powders i GKN Powder Metallurgy skupiających się na stopach niestandardowych. Uniwersytety takie jak McGill, UBC i Waterloo również mają możliwości produkcji proszku do celów badawczych.

Koszt proszków metali

Proszki metali stanowią znaczną część kosztów operacyjnych metalu AM. Ceny różnią się znacznie w zależności od składu, wymagań jakościowych i wielkości zakupu:

Proszki stali nierdzewnej i stali niskostopowej są najbardziej ekonomiczne, podczas gdy stopy tytanu, niklu i kobaltu stosowane w zastosowaniach krytycznych są znacznie droższe.

Wysokiej jakości proszki spełniające rygorystyczne specyfikacje lotnicze i medyczne zapewniają wysoką cenę. Niestandardowe stopy i zakupy w małych partiach również znacznie zwiększają koszty. Ponowne wykorzystanie proszków ponadgabarytowych i odzyskanych pomaga obniżyć wydatki.

Ogólnie rzecz biorąc, koszty proszku spadają wraz ze wzrostem skali produkcji. Jednak koszty materiałów pozostają czynnikiem ograniczającym, zwłaszcza dla małych nabywców. Więksi nabywcy mają większą możliwość uzyskania rabatów od producentów proszków metali.

Zastosowania druku 3D z metalu w Kanadzie

Produkcja przyrostowa metali zyskuje na popularności w kilku gałęziach przemysłu w Kanadzie:

Lotnictwo i kosmonautyka

• Złożone elementy ze stopów tytanu i niklu, takie jak przewody, obudowy, elementy konstrukcyjne
• Lekka, wymagająca geometria zapewniająca oszczędność paliwa
• Zespoły o zmniejszonej liczbie części połączone w jeden element
• Niestandardowe naprawy i części do starszych samolotów

Medyczny

• Implanty ortopedyczne, takie jak implanty bioder, kolan i kręgosłupa, wykonane z tytanu i chromu kobaltowego
• Implanty dostosowane do potrzeb pacjenta, dopasowane do anatomii za pomocą skanów 3D
• Porowate struktury sprzyjające wzrostowi kości
• Prowadnice tnące i narzędzia chirurgiczne drukowane na zamówienie

Motoryzacja

• Lekkie części z aluminium i tytanu
• Niestandardowe oprzyrządowanie, takie jak przyrządy, osprzęt, chwytaki
• Produkcja niskoseryjna wsporników, obudów, kolektorów
• Niestandardowe akcesoria i komponenty tuningowe na rynku wtórnym

Ropa i gaz

• Elementy ze stali nierdzewnej do zaworów, pomp, armatury
• Odporne na korozję części ze stopów niklu do wyposażenia głowic odwiertów
• Niestandardowe, jednorazowe części zamienne na platformach morskich

Towary konsumpcyjne

• Produkty na zamówienie, takie jak biżuteria, figurki, wyroby metalowe drukowane z metali szlachetnych
• Limitowane edycje produktów premium ze stali nierdzewnej, takich jak zegarki, długopisy, rzeźby
• Indywidualna ortodoncja, implanty stomatologiczne, elementy protetyki

Branże te wdrażają metal AM w Kanadzie ze względu na swobodę projektowania, konsolidację części, zmniejszenie masy, wzrost wydajności, masową personalizację i możliwości cyfrowej inwentaryzacji.

Dostawcy usług w zakresie druku 3D z metalu w Kanadzie

Oprócz dostawców części Kanada posiada silną sieć wyspecjalizowanych biur serwisowych zajmujących się produkcją przyrostową metali:

Wiodące biura usług druku 3D w metalu w Kanadzie

Te biura usług obsługują klientów z branży lotniczej, medycznej, motoryzacyjnej i przemysłowej w całej Kanadzie, zapewniając dostęp do różnorodnych technologii obróbki metali AM na potrzeby prototypowania i produkcji. Ich wiedza specjalistyczna i wysokiej klasy sprzęt pomagają zapewnić wysokiej jakości druk 3D z metalu kanadyjskim firmom chcącym wdrożyć AM.

Trendy i perspektywy dla Metal AM w Kanadzie

Kanada posiada silny łańcuch dostaw proszków metali, sieć biur serwisowych i bazę użytkowników końcowych z branży lotniczej i medycznej. Do kluczowych trendów kształtujących rozwój druku 3D z metalu w Kanadzie należą:

• Rosnące wykorzystanie technologii AM przez wiodące firmy z branży lotniczej, takie jak Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
• Finansowanie badań nad metalem AM na kanadyjskich uniwersytetach i laboratoriach rządowych
• Międzynarodowi dostawcy proszku zakładający zakłady w Kanadzie, aby wykorzystać rosnący rynek
• Pojawienie się kanadyjskich producentów proszków metali skupiających się na stopach niszowych
• Ekspansja biur usługowych w kierunku masowej produkcji komponentów końcowych
• Więcej MŚP bada AM w zakresie zmniejszania ciężaru, dostosowywania i konsolidacji zespołów
• Współpraca rządu i przemysłu za pośrednictwem organizacji takich jak CRIAQ, NGen, CAMX
• Opracowanie kontroli procesu i standardów specyficznych dla metalu AM
• Produkcja hybrydowa łącząca metal AM z subtraktywną obróbką CNC
• Oprogramowanie do symulacji i przepływu pracy poprawiające jakość i powtarzalność

Wraz z rosnącym zainteresowaniem zarówno ze strony uznanych, jak i nowych nabywców, produkcja przyrostowa metali w Kanadzie jest przygotowana na silny, ciągły wzrost. Ciągłe udoskonalanie materiałów, procesów, narzędzi projektowych i kontroli jakości pomoże rozszerzyć zastosowania w sektorach lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i ogólnym. Kanadyjski ekosystem innowacji i możliwości dobrze go pozycjonują, aby pomóc w napędzaniu postępu w druku 3D z metalu na całym świecie.

Często zadawane pytania dotyczące proszków metali do druku 3D

Oto odpowiedzi na niektóre często zadawane pytania dotyczące proszków metali dla AM:

P: Jaki zakres wielkości cząstek jest zalecany dla metalowych proszków do drukowania 3D?

Odp.: Idealny rozmiar cząstek wynosi zwykle 10–45 mikronów. Drobniejsze cząstki lepiej się zagęszczają, ale słabo płyną, podczas gdy grubsze cząstki pogarszają gęstość i wykończenie powierzchni.

P: Jak kuliste powinny być proszki metali w procesach AM?

Odp.: Wysoka kulistość i gładka powierzchnia ułatwiają przepływ i upakowanie proszku. Wpływ na nie mają satelity i luźne aglomeraty, które należy minimalizować.

P: Który proces drukowania 3D w metalu wymaga proszków najwyższej jakości?

Odp.: Laserowe stapianie łoża proszkowego ma najsurowsze wymagania dotyczące właściwości i konsystencji proszku, zapewniające płynne działanie.

P: Czy proszki metali należy suszyć przed użyciem druku 3D?

Odp.: Tak, zaleca się suszenie w celu usunięcia wchłoniętej wilgoci, która może powodować problemy podczas przetwarzania. Powszechnie stosuje się suszenie próżniowe lub pieczenie.

P: Czy niewykorzystane proszki do drukowania na metalu można poddać recyklingowi?

Odp.: Tak, niezużyty proszek można zwykle odzyskać, przesiać i zmieszać ze świeżym proszkiem w celu ponownego użycia, co zmniejsza koszty.

P: Jak postępować z proszkami metali zawierającymi pierwiastki reaktywne, takie jak tytan lub aluminium?

Odp.: Aby zapobiec utlenianiu lub zanieczyszczeniu, konieczne jest specjalistyczne postępowanie z substancjami obojętnymi, np. w komorach rękawicowych i szczelnych pojemnikach.

P: Jaki jest typowy okres trwałości niezużytych proszków metali?

Odp.: Proszki, jeśli są właściwie przechowywane w chłodnym, suchym i obojętnym środowisku, mogą przetrwać kilka lat, zanim ich właściwości ulegną pogorszeniu. Zalecane jest zarządzanie zapasami według zasady „pierwsze weszło, pierwsze wyszło” (FIFO).

P: Czy proszek metalowy do AM należy traktować jako materiał niebezpieczny?

Odp.: Wymagane są środki ostrożności ze względu na ryzyko łatwopalności i wybuchu drobnych proszków metali. Odpowiednie wyposażenie ochronne i procedury bezpieczeństwa są koniecznością.

P: Jakie nowe proszki stopowe są opracowywane dla metalu AM?

Odp.: CuNiSi do styków elektrycznych, FeNiCoTi do magnesów miękkich, CoCrFeNi do stopów o wysokiej entropii, CuCoMnNi do pamięci kształtu to niektóre nowe materiały.