Порошок для аддитивного производства

Аддитивное производство (АМ), известное также как 3D-печать, использует металлические и неметаллические порошки для послойного изготовления деталей. Выбор надежного поставщика порошков для АМ имеет решающее значение для достижения оптимальных свойств материалов, производительности и качества конечных деталей.

В этом исчерпывающем руководстве содержится все, что необходимо знать о выборе подходящего порошка для аддитивного производства и поставщика, включая:

Обзор Порошок для аддитивного производства

Порошки для аддитивного производства - это сырье, используемое в процессах порошкового синтеза, направленного энергетического осаждения, струйного нанесения связующего и других процессах AM на основе порошков.

Основные типы АМ-порошков:

• Металлы - титан, алюминий, сталь, никель, кобальт-хром
• Полимеры - нейлон, PEEK, TPU, ABS, полиамид
• Керамика - глинозем, диоксид циркония, карбид кремния
• Композиты - армированные частицами, коротковолокнистые

Характеристики порошка:

• Химия - чистота, состав, легирование
• Размер и распределение частиц
• Форма частиц - сферическая, неправильная
• Плотность и пористость
• Текучесть
• Содержание влаги

Основные поставщики порошков:

• Такие OEM-производители, как EOS, 3D Systems, GE Additive
• Специалисты по металлическим порошкам, такие как AP&C, Sandvik, Praxair
• Крупные производители металлов, включая Carpenter, Höganäs, Rio Tinto

Выбор оптимального типа порошка и его параметров с учетом особенностей AM-процесса и задач является залогом высокого качества деталей.

Виды Порошок для аддитивного производства

Существуют четыре основные категории порошков для AM-технологий - для металлов, полимеров, керамики и композитов:

Металлические порошки

К наиболее распространенным металлам относятся:

• Титан и титановые сплавы
• Алюминиевые сплавы
• Нержавеющие стали
• Инструментальные стали
• Кобальтохромовые сплавы
• Никелевые суперсплавы
• Драгоценные металлы, такие как золото, серебро

Преимущества: Высокая прочность, долговечность, термостойкость

Приложения: Аэрокосмическая, медицинская, автомобильная, промышленная

Полимерные порошки

Используемые полимеры:

• Нейлон (PA12, PA11)
• ABS
• PEEK
• TPU
• Полиамид

Преимущества: Жесткость, химическая стойкость, гибкость

Приложения: Потребительские товары, промышленные детали

Керамические порошки

Примеры включают:

• Глинозем
• Цирконий
• Карбид кремния
• Нитрид кремния
• Трикальцийфосфат

Преимущества: Высокая твердость, термо/коррозионная стойкость

Приложения: Режущие инструменты, стоматология, аэрокосмическая промышленность

Композитные порошки

• Металлы и полимеры, армированные частицами
• Коротковолокнистые армированные пластики

Преимущества: Улучшенные механические свойства

Приложения: Автомобильная промышленность, спортивные товары, инфраструктура

Правильный выбор типа порошка влияет на такие свойства детали, как прочность, функциональность, эстетичность и др.

Свойства порошков для аддитивного производства

Порошки AM должны соответствовать строгим техническим требованиям:

Строгий контроль этих характеристик порошка необходим для получения высококачественных компонентов АМ.

Области применения порошков для аддитивного производства

Порошки AM используются в следующих основных отраслях промышленности и сферах применения:

Среди других применений - архитектурные модели, быстрое изготовление оснастки, ядерного и химического оборудования.

AM позволяет быстрее и гибче производить сложные оптимизированные детали в различных отраслях.

Технические характеристики порошка AM

Свойства и качество порошка AM могут быть изменены в соответствии с требованиями заказчика:

Работайте с поставщиками, чтобы адаптировать спецификации порошков к вашему процессу AM, потребностям в материалах и требованиям конечного использования.

Конструктивные особенности порошков для АМ

Определенные конструктивные приемы повышают эффективность порошкового АМ:

• Модификация сплавов - Корректировка составов для оптимизации механических свойств, предотвращения горячего растрескивания и т.д.
• Смешивание - Смешивание различных порошков для достижения индивидуальных свойств материала
• Покрытия - Нанесение специализированных покрытий для защиты порошков сплавов от окисления
• Просеивание - Классификация порошка на узкие гранулометрические фракции
• Дегазация - Удаление газообразных загрязнений, вызывающих пористость
• Расходные добавки - Добавление наноразмерных текучих агентов для улучшения текучести порошка
• Омоложение - Переработка использованного порошка путем удаления влаги и примесей

Тесно сотрудничая с поставщиком порошков для АМ, можно использовать эти возможности проектирования для получения превосходных свойств деталей.

Стандарты для Порошки для аддитивного производства

Ключевые стандарты позволяют обеспечить качество и стабильность порошка для АМ:

• ASTM F3049 - Стандартное руководство по определению характеристик AM-металлов
• ASTM F3055 - Стандартная спецификация на присадочные металлы
• ASTM F3213 - Стандарт на металлические порошки, используемые при плавке в порошковом слое
• ISO/ASTM 52915 - Стандартная спецификация на сплав Ti-6Al-4V
• ASTM F3184 - Стандарт для порошков из нержавеющей стали
• ASTM F3301 - Стандарт на порошки никелевых сплавов
• ISO/ASTM 52904 - Технологические характеристики и контроль качества АМ-металлов

Поставщики и потребители порошков должны придерживаться этих стандартов для определения уровня качества.

Поставщики порошка AM

К ведущим мировым производителям АМ-порошков относятся:

Существует множество авторитетных мировых поставщиков, предлагающих качественные порошки для АМ-технологий из металлов, полимеров, керамики и композитов.

Как выбрать поставщика порошка для аддитивного производства

Вот ключевые факторы, которые необходимо учитывать при выборе поставщика порошков для АМ:

• Техническая экспертиза в производстве порошков для АМ
• Ассортимент материалов предлагаемые - металлы, полимеры, керамика и др.
• Управление качеством - Определение характеристик порошка, отбор проб, испытания, анализ, документация, сертификация
• Возможности сферических порошков - По плотности и текучести
• Возможности настройки - Индивидуальное распределение размеров, состав, покрытия и т.д.
• Понимание процесса АМ - Порошок, оптимизированный для конкретной технологии АМ
• Опыт в области НИОКР - Текущие разработки порошков
• Служба поддержки - Консультации по применению, устранение неисправностей, обучение
• Сроки выполнения работ - Наличие запасов для быстрой поставки
• Ценообразование - Конкурентоспособность в соответствии с вашими потребностями в объеме и качестве

Сотрудничество с производителем порошков, обеспечивающим стабильное качество и техническую поддержку.

Как хранить порошок для аддитивного производства

Правильное хранение порошка АМ позволяет сохранить качество материала и предотвратить его деградацию:

• Хранить порошок в оригинальной герметичной упаковке вдали от влаги и загрязнений
• Поддерживать прохладные, сухие условия в помещении
• Ограничение колебаний температуры, которые могут вызвать поглощение влаги
• Использовать систему инвентаризации по принципу "первый пришел - первый ушел" (FIFO)
• Только открытая емкость в момент использования
• своевременно выбрасывать использованный порошок
• Проведение периодических проверок качества хранящегося порошка
  • Проверка химического состава, распределения размеров, скорости потока, поверхностных оксидов
• Соблюдение всех мер безопасности - СИЗ, работа с инертными газами, контроль источников воспламенения

Правильное хранение является залогом стабильности порошка и максимального качества деталей в течение длительного времени.

Переработка порошка для аддитивного производства

Использованный порошок AM может быть переработан:

Преимущества переработки отходов:

• Значительное снижение затрат на порошок
• Более устойчивое производство
• Достижение высоких показателей повторного использования в некоторых сплавах

Совместно с поставщиком порошка для АМ внедрить экономически эффективные методы переработки порошка.

Анализ затрат Порошки для аддитивного производства

Стоимость порошка для АМ существенно различается в зависимости от материала:

Стоимость порошка зависит от:

• Базовая стоимость материалов
• Состав сплава
• Метод производства - газовое и водяное распыление
• Качество - примеси, гранулометрический состав
• Объем закупок - большие объемы дают более низкие цены

Баланс между качеством порошка и его доступностью является ключевым фактором для получения максимальной выгоды.

Плюсы и минусы металлических и полимерных AM-порошков

Металлические порошки

• Высокая прочность и термостойкость
• Отличная долговечность и устойчивость к образованию трещин
• Широкий спектр передовых вариантов сплавов
• Возможность воспроизведения свойств материала конечной детали

Металлический порошок Cons

• Более высокие материальные затраты
• В настоящее время существует ограниченное количество типоразмеров и поставщиков
• Необходимые меры безопасности при работе с оборудованием
• Необходима дополнительная инфраструктура для переработки

Плюсы полимерных порошков

• Снижение материальных затрат
• Больше поставщиков и выбор материалов
• В целом более безопасное обращение
• Требуется менее сложная инфраструктура

Потребность в полимерных порошках

• Снижение прочности, теплостойкости и долговечности
• В настоящее время существует ограниченное количество высокоэффективных полимеров
• Часто используется для изготовления прототипов по сравнению с готовыми деталями
• Непредсказуемые и анизотропные свойства материалов

Выбор правильного варианта зависит от требований к применению, условий эксплуатации и экономических показателей.

Перспективы развития порошков для АМ

По прогнозам, к 2028 году объем рынка порошков для АМ составит более $5 млрд, что будет обусловлено ростом в:

• Аэрокосмическая и медицинская отрасли
• Внедрение АМ в производство
• Новые сплавы и материалы для AM
• Освоение АМ автопроизводителями
• Развитие цепочки поставок по мере увеличения спроса

К числу основных перспективных возможностей и событий относятся:

• Выход на рынок новых производителей АМ-порошков
• Конкурентоспособное ценообразование при увеличении объемов
• Повышенная чистота и улучшенная текучесть
• Нестандартные составы сплавов и оптимизация частиц
• Совершенствование процессов и экономики рециклинга
• Автоматизированная обработка порошка и управление запасами

Порошки для АМ будут играть важную роль в дальнейшем расширении и внедрении АМ-индустрии в важнейших отраслях промышленности.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Какие материалы доступны для аддитивного производства?

О: Наиболее распространенными материалами являются металлы, полимеры, керамика и композиты. К металлам относятся титан, алюминий, нержавеющая сталь, инструментальная сталь, никелевые сплавы и драгоценные металлы. Полимеры включают нейлон, PEEK, ABS, полиамид.

Вопрос: Какой металлический порошок для АМ наиболее широко используется?

О: Титановые сплавы, в частности Ti-6Al-4V, являются наиболее распространенными металлическими порошками, используемыми в таких ключевых отраслях промышленности, как аэрокосмическая и медицинская.

Вопрос: Каков оптимальный размер частиц порошка AM?

О: Стандартные размеры порошка для большинства процессов AM находятся в диапазоне 10-45 мкм. Однако оптимальный размер зависит от конкретной машины и параметров процесса.

Вопрос: Сколько стоит металлический AM-порошок?

О: Стоимость порошка варьируется в широком диапазоне $50-$500/кг в зависимости от сплава, качества и объема закупки. Титан стоит дороже, а алюминий и сталь - дешевле.

Вопрос: Ухудшает ли использование переработанного порошка свойства материала?

О: Свойства могут ухудшаться после многократной переработки. Коэффициент использования зависит от сплава и процесса переработки. Работайте с поставщиком, чтобы добиться максимального повторного использования при сохранении постоянства.

Вопрос: Каковы основные характеристики порошка для АМ?

О: К основным характеристикам относятся химический состав, гранулометрический состав, форма, плотность, текучесть, низкое содержание влаги и поверхностных оксидов.

Вопрос: Как производится порошок АМ?

О: Металлические порошки производятся в основном методом газового или водяного распыления. Для полимеров используются различные методы пульверизации. В керамике используются такие современные процессы, как плазменная сфероидизация.

Вопрос: Как определить качество порошка АМ?

О: Проведение испытаний и определение характеристик в соответствии с отраслевыми стандартами по таким параметрам, как химический состав, чистота, гранулометрический состав, скорость потока, плотность и содержание влаги.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при работе с металлическим АМ-порошком?

О: Используйте соответствующие СИЗ, минимизируйте количество пыли, избегайте источников воспламенения, применяйте надлежащие методы хранения и уборки помещений, выполняйте все рекомендуемые процедуры по технике безопасности.

Вопрос: Чем порошок для АМ отличается от порошка для других процессов, например MIM?

О: К порошкам для АМ предъявляются более жесткие требования по гранулометрическому составу, сферической морфологии, характеристикам текучести и чистоте для достижения максимального качества деталей.

узнать больше о процессах 3D-печати