Порошок для аддитивного производства

Обзор

Аддитивное производство (AM), также известное как 3D-печать, использует металлические порошки для послойного изготовления компонентов на основе цифровых моделей. Порошок выступает в качестве исходного сырья и выборочно расплавляется, спекается или скрепляется прецизионными источниками тепла в соответствии с геометрическими параметрами CAD.

Популярные процессы AM для металлов включают струйное нанесение связующего, направленное осаждение энергии, сплавление в порошковом слое и ламинирование листов. Для каждой технологии требуется порошок с определенными характеристиками для достижения оптимальной плотности, качества поверхности, точности размеров и механических свойств напечатанных деталей.

В этом руководстве подробно рассматривается металлический порошок для AM, включая варианты сплавов, методы производства, основные свойства порошка, области применения, спецификации, поставщиков и соображения, связанные с покупкой материала. Полезные сравнительные таблицы обобщают технические данные, помогая выбрать и квалифицировать порошок.

Поиск оптимизированного порошка для AM-печати позволяет производителям повысить качество печати, уменьшить количество дефектов и в полной мере использовать такие преимущества 3D-печати, как свобода проектирования, ускорение итераций и консолидация деталей. Связь с компетентными поставщиками упрощает квалификацию сырья.

Варианты сплавов для порошков AM

Широкий спектр металлов и сплавов доступен в качестве оптимизированного порошкового сырья для процессов 3D-печати:

Общие системы сплавов для Порошок для аддитивного производства

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

Для удовлетворения конкретных потребностей в коррозионной стойкости, прочности, твердости, электропроводности и других свойствах могут быть выбраны как стандартные, так и нестандартные сплавы.

Методы производства металлических порошков для AM

В аддитивном производстве используется металлический порошок, полученный с помощью:

Типичные методы производства металлических порошков для AM

• Распыление газа
• Распыление воды
• Плазменное распыление
• Электролиз
• Процесс карбонильного железа
• Механическое легирование
• Гидрирование/дегидрирование металлов
• Сфероидизация плазмы
• Грануляция

Сферические распыляемые порошки обеспечивают оптимальную текучесть и плотную упаковку, необходимую для большинства процессов AM. Некоторые технологии позволяют получать наноразмерные или индивидуальные частицы сплавов.

Основные характеристики металлического порошка AM

Критические характеристики порошка для AM включают в себя:

Металл Порошок для аддитивного производства Свойства

Характеристика	Типовые значения	Важность
Распределение частиц по размерам	от 10 до 45 микрон	Влияет на плотность, качество поверхности
Форма частиц	Сферическая	Улучшение текучести и упаковки порошка
Кажущаяся плотность	2 - 4 г/куб. см	Влияние плотности слоя порошка
Плотность отвода	3-6 г/куб. см	Указывает на сжимаемость
Расход воздуха в зале	25-50 с/50 г	Обеспечивает равномерное распределение порошка
Потери при воспламенении	0.1-0.5%	Низкое содержание влаги улучшает печать
Содержание кислорода	<0,1%	Минимизирует дефекты от окислов

Точный контроль таких характеристик, как размер, форма и химический состав частиц, очень важен для получения полностью плотных деталей AM с желаемыми свойствами.

Области применения металлического порошка AM

Аддитивное производство позволяет создавать сложные геометрические формы, невозможные при использовании традиционных технологий:

Применение аддитивного производства металлов

Промышленность	Используется	Преимущества
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, конструкции	Свобода дизайна, снижение веса
Медицина	Имплантаты, протезирование, инструменты	Нестандартные формы
Автомобильная промышленность	Облегчение прототипов и инструментов	Быстрая итерация
Оборона	Детали для беспилотников, защитные конструкции	Быстрые прототипы и короткие партии
Энергия	Теплообменники, коллекторы	Консолидация деталей и оптимизация топологии
Электроника	Экранирование, охлаждающие устройства, EMI	Сложные закрытые сооружения

Облегчение, консолидация деталей и высокопроизводительные сплавы для экстремальных условий обеспечивают ключевые преимущества по сравнению с традиционными методами производства.

Технические характеристики металлического порошка AM

Международные спецификации помогают стандартизировать характеристики порошка AM:

Стандарты металлических порошков для аддитивного производства

Стандарт	Область применения	Параметры	Методы испытаний
ASTM F3049	Руководство по определению характеристик AM-металлов	Отбор проб, анализ размеров, химия, дефекты	Микроскопия, дифракция, SEM-EDS
ASTM F3001-14	Титановые сплавы для AM	Размер частиц, химический состав, поток	Просеивание, SEM-EDS
ASTM F3301	Никелевые сплавы для AM	Анализ формы и размера частиц	Микроскопия, анализ изображений
ASTM F3056	Нержавеющая сталь для AM	Химия, свойства порошка	ИСП-ОЭС, пикнометрия
ISO/ASTM 52921	Стандартная терминология для порошков AM	Определения и характеристики порошка	Разное

Соблюдение опубликованных спецификаций обеспечивает воспроизводимое высокое качество порошкового сырья для критически важных применений.

Мировые поставщики металлических порошков для AM

Ведущие международные поставщики оптимизированных для AM металлических порошков включают:

Производители металлических порошков для аддитивного производства

Поставщик	Материалы	Типичный размер частиц
Sandvik	Нержавеющая, инструментальная сталь, никелевые сплавы	15-45 мкм
Praxair	Титан, суперсплавы	10-45 мкм
AP&C	Титановые, никелевые, кобальтовые сплавы	5-25 мкм
Столярная присадка	Кобальтовый хром, нержавеющая сталь, медь	15-45 мкм
Технология LPW	Алюминиевые сплавы, титан	10-100 микрон
EOS	Инструментальная сталь, кобальт-хром, нержавеющая	20-50 микрон

Многие из них посвящены мелкодисперсным сферическим порошкам, специально разработанным для таких распространенных методов AM, как струйное нанесение связующего, сплавление порошкового слоя и направленное осаждение энергии.

Соображения по закупке металлических порошков для AM

Ключевые аспекты для обсуждения с поставщиками:

• Желаемый состав и свойства сплава
• Распределение частиц по размерам и их форма
• Плотность оболочки и обтекаемость зала
• Допустимые уровни примесей, таких как кислород и влага
• Необходимые данные испытаний и характеристика порошка
• Доступный диапазон количества и сроки изготовления
• Специальные меры предосторожности при обращении с пирофорными сплавами
• Системы качества и прослеживаемость происхождения порошка
• Технические знания о требованиях к порошкам для AM
• Логистика и механизмы доставки

Тесно сотрудничайте с поставщиками, имеющими опыт работы со специфическими порошками для АМ, чтобы обеспечить идеальный выбор материала для вашего процесса и компонентов.

Плюсы и минусы металлического порошка AM

Преимущества и ограничения металлических порошков для аддитивного производства

Преимущества	Недостатки
Позволяет создавать сложные, индивидуальные геометрии	Более высокая стоимость по сравнению с обычными материалами
Значительно сокращает время разработки	Требуются меры предосторожности при работе с порошком
Упрощает сборку и облегчает вес	Послепечатная обработка часто необходима для деталей, отпечатанных на принтере
Свойства, близкие к свойствам кованых материалов	Ограничения по размеру и объему сборки
Исключение дорогостоящей оснастки	Термические напряжения могут вызвать растрескивание и деформацию
Обеспечивает консолидацию деталей и оптимизацию топологии	Более низкие объемы производства по сравнению с традиционными методами
Значительно улучшает соотношение покупки и полета	Требуется тщательное определение характеристик порошка и разработка параметров

При правильном использовании металлический AM обеспечивает революционные преимущества, но для его успешного применения требуется опыт.

Вопросы и ответы

Насколько малым может быть размер частиц для аддитивного производства металлов?

Специализированные технологии распыления позволяют получать порошок размером до 1-10 микрон, однако большинство принтеров для печати на металлах лучше всего работают с минимальным размером около 15-20 микрон для хорошей текучести и упаковки.

Что является причиной плохой обработки поверхности напечатанных металлических деталей?

Шероховатость поверхности возникает из-за частично расплавленного порошка, прилипшего к поверхности, брызг, ступенек и неоптимальных характеристик бассейна расплава. Использование более мелких порошков и подбор идеальных параметров обработки позволяет сгладить поверхность.

Все ли методы металлической 3D-печати работают с одними и теми же порошками?

Несмотря на то, что они пересекаются, при струйной обработке связующего обычно используется более широкий гранулометрический состав порошка, чем при плавке в порошковом слое. Некоторые процессы ограничены определенными сплавами, основанными на точках плавления или реакционной способности.

Как получают смешанные или биметаллические порошки?

Предварительно легированные порошки обеспечивают однородность свойств, но для композитов физическое смешивание порошков или специализированные технологии распыления позволяют получить индивидуальные смеси элементарных порошков.

Сколько времени требуется для замены порошкового материала в металлическом принтере?

Полная очистка и переналадка между значительно отличающимися сплавами обычно занимает 6-12 часов. Быстрая замена схожих материалов может занимать менее часа.

Заключение

Оптимизированные металлические порошки позволяют использовать процессы аддитивного производства для создания сложных, прочных металлических деталей с превосходными свойствами. Соответствие химического состава сплава и характеристик порошка методу печати и требованиям к эксплуатационным характеристикам детали имеет решающее значение для получения высококачественных результатов. Сотрудничая с опытными поставщиками порошков, конечные пользователи используют опыт в производстве порошков и процессах 3D-печати для более быстрой и надежной разработки деталей. Постоянный прогресс в области металлических порошков способствует росту внедрения аддитивных технологий в важнейших отраслях промышленности.

узнать больше о процессах 3D-печати