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:

Недвижимость	Подробности	Значение
Химия	Состав сплава, степень чистоты	Влияет на микроструктуру, дефекты, механические свойства
Размер частиц	Средний размер и распределение	Влияет на разрешение, качество поверхности, плотность
Форма частиц	Сферические, неправильные, спутниковые частицы	Влияет на плотность упаковки, текучесть, распределяемость
Плотность	Насыпная плотность и плотность отвода	Более высокая плотность позволяет увеличить плотность деталей
Характеристики потока	Скорость потока, угол откоса	Обеспечение равномерного распределения порошка в процессе печати
Содержание влаги	Низкое содержание влаги	Предотвращает агломерацию и разрушение порошка
Поверхностные оксиды	Тонкий равномерный оксидный слой	Низкая степень окисления обеспечивает превосходную текучесть и свойства порошка

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:

Промышленность	Приложения
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, конструкции планера и двигателя, кронштейны, радиаторы
Медицина	Ортопедические и стоматологические имплантаты, хирургические инструменты, приспособления для пациентов
Автомобильная промышленность	Облегченные компоненты, нестандартные детали, оснастка
Промышленность	Детали для тяжелого оборудования, робототехника, оснастка, зажимные приспособления
Потребитель	Ювелирные изделия, предметы коллекционирования, игровые миниатюры
Нефть и газ	Скважинный инструмент, арматура, устьевые детали, компоненты насосов

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:

Параметр	Опции
Материалы	Металлы, полимеры, керамика, композиты
Химия	Различные сплавы, полимеры, армирующие материалы
Размер частиц	Нано, микро, 10-45 мкм, 15-150 мкм и т.д.
Распределение по размерам	Доступны жесткие дистрибутивы
Форма частиц	Преимущественно сферические
Плотность	Теоретическая плотность до ~98%
Расход	Достижение оптимальных значений расхода
Поверхностные оксиды	Низкий уровень окисления
Загрязнение	Минимальное содержание примесей
Содержание влаги	Низкое содержание влаги

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:

Поставщик	Материалы	Описание	Ценообразование
AP&C	Ti, Al, CoCr, стали	Специализированный производитель сферических порошков	$xx-$xxx/кг
Sandvik	Ti, Ni, Al, стали	Широкий ассортимент сплавов для АМ	$xx-$xxx/кг
Praxair	Ti, Ni, CoCr, Al	Высококачественные распыляемые и легированные порошки	$xx-$xxx/кг
Плотник	Ti, CoCr, SS, Al	Широкий спектр сплавов и размеров частиц	$xx-$xxx/кг
GE Additive	Ti, Al, CoCr, Cu	OEM-производитель, предоставляющий комплексные решения в области AM	$xx-$xxx/кг
Höganäs	Стали, SS	Крупнейший мировой поставщик порошковых металлов	$xx-$xxx/кг

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:

Метод	Обзор
Тепловой	При термической обработке сжигаются покрытия и загрязнения
Механическая	Физические процессы удаляют загрязнения и освежают частицы
Химическая	Химические процессы удаления поверхностных оксидов и покрытий
Плазма	Энергия плазмы диссоциирует нежелательные элементы из порошка

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:

Материал	Стоимость за кг
Алюминиевые сплавы	$50 – $120
Титановые сплавы	$170 – $450
Нержавеющие стали	$50 – $120
Инструментальные стали	$50 – $200
Никелевые суперсплавы	$150 – $500
Кобальтовый хром	$150 – $300
Полимеры	$80 – $200

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