Поставщики порошка для 3D-принтеров

Технология 3D-печати основана на использовании порошковых материалов для послойного создания объектов. Выбор правильного порошка имеет решающее значение для качества деталей, механических свойств, точности, разрешения деталей и качества обработки поверхности. В этой статье представлен обзор различных типов порошков, используемых в основных процессах 3D-печати, их состав, ключевые свойства, области применения и ведущие мировые поставщики.

Обзор Поставщики порошка для 3d принтера

3D-печать, также известная как аддитивное производство, использует порошковые полимеры, металлы, керамику или композиты в качестве исходного сырья. В зависимости от технологии и используемых материалов, порошки могут быть созданы с определенным распределением частиц по размерам, морфологией, характеристиками текучести, точками плавления и другими физическими и химическими свойствами, подходящими для процесса печати.

Типы порошков для 3D-принтеров

Несколько ключевых технологий основаны на сплавлении порошкового слоя для выборочного послойного расплавления и затвердевания материала с целью изготовления 3D-объектов. К популярным процессам и соответствующим порошкам относятся:

Процесс	Материалы
Селективное лазерное спекание (SLS)	Термопластичные порошки, такие как нейлон, TPU, PEEK
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)	Металлические порошки, такие как алюминий, титан, стальные сплавы
Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)	Титановые сплавы, кобальт-хром, нержавеющая сталь
Струйная обработка вяжущего	Нержавеющая сталь, инструментальная сталь, карбид вольфрама
Стереолитография (SLA)	Фотополимерные смолы на керамической основе

Состав полимерных порошков для SLS

Селективное лазерное спекание основано на использовании тонких полимерных порошков с контролируемым распределением частиц по размерам и морфологией. К распространенным материалам относятся:

Полимер	Основные свойства	Приложения
Нейлон 12	Прочность, гибкость	Функциональные прототипы, детали для конечного использования
Нейлон 11	Высокая прочность, термостойкость, биологическая совместимость	Аэрокосмическая, автомобильная, медицинская промышленность
TPU	Эластичность, устойчивость к истиранию	Гибкие детали, спортивные товары
PEEK	Устойчивость к экстремальным температурам/химическим воздействиям	Аэрокосмическая промышленность, нефть/газ, медицина

Нейлон 12 - наиболее широко используемый полимерный порошок для лазерного спекания. В состав композиции входят базовый нейлоновый полимер, текучие агенты и другие добавки:

Состав порошка нейлона 12

Компонент	Функция
Базовый полимер	Обеспечивает механические свойства, поведение при плавлении
Средства для создания потока	Улучшение подачи порошка и снижение агломерации
Антивозрастные добавки	Повышение термической стабильности и предотвращение разрушения материала с течением времени

Типы металлических порошков для AM-процессов

Распространенные металлические порошки, используемые при плавке в порошковом слое и струйной обработке связующего, включают:

Материал	Сплавы/сортировка	Свойства	Ключевые приложения
Алюминий	AlSi10Mg, AlSi7Mg	Легкий, устойчивый к коррозии	Аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение
Титан	Ti-6Al-4V, Ti 6242	Высокое соотношение прочности и массы	Аэрокосмическая промышленность, медицинские имплантаты
Нержавеющие стали	316L, 17-4PH, 420	Коррозионная/жаростойкость	Насосы, клапаны, инструмент
Инструментальные стали	H13, P20, D2	Твердость, износостойкость	Пресс-формы для литья под давлением, штампы
Кобальтовый хром	Co28Cr6Mo	Биосовместимость, усталостная/коррозионная стойкость	Стоматология, медицина
Inconel	IN625, IN718	Высокотемпературная прочность	Лопатки турбин, сопла ракет

Титановые сплавы, такие как Ti-6Al-4V, широко используются для изготовления прочных и легких структурных компонентов в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях с помощью технологий DMLS и EBM.

Состав и производство металлических порошков

Большинство коммерческих металлических порошков производятся методом газового или водяного распыления. В состав входит базовый легирующий элемент, например, титан или алюминий, и другие легирующие компоненты:

Состав порошка Ti-6Al-4V

Элемент	Вес %	Назначение
Титан (Ti)	Баланс	Основной элемент
Алюминий (Al)	5.5-6.75%	Укрепление
Ванадий (V)	3.5-4.5%	Рафинирование зерна
Железо (Fe)	< 0,3%	Примеси

Другие распространенные методы производства металлических AM-порошков включают плазменное распыление, электролиз и химическое восстановление. Они влияют на такие характеристики порошка, как форма частиц, их распределение по размерам, текучесть, кажущаяся плотность и микроструктура.

Керамические и композитные порошки

Керамика и композиты также могут быть обработаны с помощью технологий порошкового напыления для создания высокоэффективных компонентов:

Материал	Свойства	Приложения
Глинозем	Высокая твердость, термостойкость/коррозионная стойкость	Режущие инструменты, быстроизнашивающиеся детали
Карбид кремния	Чрезвычайная твердость, устойчивость к тепловым ударам	Резка металла, абразивные материалы
Полимер ПЭЭК	Термомеханические характеристики	Аэрокосмические композиты
Композиты из непрерывных волокон	Высокое соотношение прочности и массы	Структурные компоненты

Фотоотверждаемые порошки керамической смолы, содержащие наночастицы диоксида кремния, взвешенные в фотополимере, широко используются в высокоточных стереолитографических принтерах.

Характеристики и спецификации порошка

Порошки для 3D-принтеров должны соответствовать строгим спецификациям по гранулометрическому составу, морфологии, скорости потока, плотности и микроструктуре. Типичные значения приведены ниже:

Технические характеристики полимерного порошка

Параметр	Типовое значение
Размер частиц	15-150 мкм
Форма частиц	Сферическая
Кажущаяся плотность	0,35-0,55 г/см3
Температура плавления	172-185°C (нейлон 12)

Технические характеристики металлических порошков

Параметр	Типовое значение
Размер частиц	15-45 мкм
Кажущаяся плотность	2,5-4,5 г/см3
Расход	25-35 с/50г
Содержание оксидов	< 0,4 масс.%
Микроструктура	Полностью плотная сферическая

Производители предоставляют паспорта порошковых материалов с указанием физических свойств, отчеты об испытаниях химического состава, анализ распределения частиц по размерам, измерения скорости потока и изображения сканирующей электронной микроскопии.

Области применения порошков для 3D-печати

Полимерные и металлические порошки позволяют производить компоненты конечного использования в различных отраслях промышленности. Некоторые примеры включают:

Полимерные детали

• Функциональные прототипы
• Автомобильные воздуховоды, корпуса
• Потребительские товары, спортивные товары
• Аэрокосмические компоненты интерьера

Металлические детали

• Авиационные двигатели/конструктивные детали
• Лопасти турбин, рабочие колеса
• Биомедицинские имплантаты, устройства
• Пресс-формы для литья под давлением, режущие инструменты

Порошки для 3D-печати позволяют создавать сложные геометрические формы с улучшенными механическими свойствами, недостижимыми с помощью традиционных процессов литья или механической обработки.

Поставщики порошка

Ведущие мировые поставщики порошков, предназначенных для основных технологий 3D-печати, включают:

Полимерные порошки

Компания	Материалы
BASF	Ultrasint PA6, PA11, PA12, TPU
Хенкель	Loctite PA12, PP, TPE
EOS	PA2200, PA3200GF
Evonik	Вестосинтетические полимеры

Металлические порошки

Компания	Материалы
AP&C	Титановые, никелевые, кобальтовые сплавы
Sandvik Osprey	Нержавеющие стали, инструментальные стали, суперсплавы
Praxair	Титан, алюминий, кобальтовый хром
GE Additive	Нержавеющие стали, CoCr, Inconel

Эти компании предлагают широкий ассортимент материалов, предназначенных для SLS, DMLS, EBM, струйной обработки связующим, со специальным распределением частиц по размерам, формам, уровням чистоты и химическим составам сплавов.

Анализ стоимости порошка

Стоимость материала является существенным фактором при внедрении металлического AM. Цена на порошок зависит от состава, метода производства, качества и объема заказа:

Порошок	Диапазон цен
Нейлон 12	$60-100/кг
Алюминий AlSi10Mg	$50-150/кг
Титан Ti-6Al-4V	$200-500/кг
Никель IN625	$100-250/кг
Кобальтовый хром	$150-600/кг

Полимерные порошки могут быть на 40-90% дешевле экзотических аэрокосмических сплавов. Переработка использованного порошка путем просеивания и смешивания со свежими запасами помогает снизить стоимость материала.

Плюсы и минусы AM на основе порошка

Преимущества	Ограничения
Сложные геометрические формы, недостижимые для других процессов	Обычно более низкая скорость строительства по сравнению с традиционными методами
Консолидированные узлы, сокращение количества деталей	Постобработка с удалением/очисткой порошка
Нестандартные сплавы, композитные смеси	Свойства анизотропных материалов
Сокращение объема обработки по сравнению с субтрактивными методами	Проблемы пористости в некоторых лазерных/электронно-лучевых процессах

Резюме

В целом, порошковое наплавление и струйное нанесение связующего основываются на использовании специально разработанных пластиковых, металлических, керамических или композитных порошков с индивидуальными размерами, формой, составом и микроструктурой. Ведущие полимеры включают нейлон 12, PEEK и TPU, а распространенные металлы - алюминий, титан и сплавы на основе никеля. Мировые поставщики предлагают широкий выбор материалов, подходящих для основных систем AM. Выбор порошков для конкретного применения, соответствующих механическим требованиям и свойствам, имеет решающее значение для производительности детали.

Вопросы и ответы

Каковы основные типы порошков для 3D-печати?

Четыре основные категории: пластмассы, такие как нейлон 12 и PEEK, металлы, включая алюминий, титан и сплавы инструментальной стали, керамика, такая как глинозем или карбид кремния, и композиты из полимеров и волокон.

Какой размер порошка идеально подходит для процессов AM?

Типичный диапазон составляет 15-100 микрон для металлов и 15-150 микрон для полимеров. Распределение по размерам влияет на плотность, текучесть, шероховатость поверхности, точность и скорость.

Какие методы производства используются для изготовления металлических порошков?

Распространенные методы включают распыление инертного газа с использованием аргона или азота и распыление воды. В некоторых нишевых сплавах используется плазменное распыление, электролиз или химические процессы.

Как вы оцениваете пригодность порошков для АМ?

Ключевыми параметрами являются гранулометрический состав, скорость потока, кажущаяся плотность, морфология и микроструктура. Отчеты о сертификации материалов подтверждают химический состав, содержание газов/оксидов и следов примесей.

Какая постобработка необходима для 3D-печатных порошковых деталей?

В зависимости от материала и процесса, общие этапы включают удаление опоры, дробеструйную обработку, отжиг, HIP и механическую обработку для достижения точности размеров и желаемой отделки.

Каковы типичные уровни оптовых цен на металлические AM-порошки?

Образцы весом 1-5 кг стоят $100-300/кг. Типичные заказы объемом 10-100 кг стоят от $60-250/кг. Объемные заказы >500 кг могут достигать $30-150/кг для распространенных аэрокосмических/инструментальных сплавов.

Как переработанный порошок влияет на качество деталей и механические характеристики?

Повторная переработка более 2-3 раз может привести к изменению гранулометрического состава, загрязнению, образованию спутников, деградации порошка, что приводит к снижению плотности и ухудшению механических свойств. Свежее смешивание порошка помогает решить эту проблему.

Какие усовершенствования ожидаются в будущем в металлических порошках?

Ключевыми направлениями являются изготовление сплавов по индивидуальному заказу, лучшая распределяемость порошка и плотность упаковки для более быстрой сборки, снижение пористости и повышение плотности, что приводит к улучшению свойств материала и качества поверхности.

узнать больше о процессах 3D-печати