Порошки для аддитивного производства

Обзор Порошки для аддитивного производства

Порошки для аддитивного производства - это материалы из металлических сплавов, произведенные в виде порошка специально для таких технологий 3D-печати, как селективное лазерное плавление (SLM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), электронно-лучевое плавление (EBM) и струйное нанесение связующего. Оптимизированное распределение частиц по размерам, морфология, химический состав и свойства порошка способствуют точному послойному сплавлению в конечные компоненты.

Таблица 1: Обзор атрибутов порошков для аддитивного производства

Благодаря тщательному контролю таких характеристик, как форма, распределение частиц по размерам, химический состав и микроструктура, порошки AM плавно текут, плотно упаковываются и последовательно наплавляются слой за слоем, создавая сложные, прочные металлические компоненты с механическими свойствами, соответствующими или превосходящими традиционные способы изготовления.

Методы производства металлических порошков для AM

Для получения мелкодисперсных сферических порошков с требуемым химическим составом, формированием зерен, морфологией поверхности, уровнем пористости и распределением частиц, необходимых для процессов AM, используется несколько основных производственных маршрутов.

Таблица 2: Сравнение методов производства порошков для аддитивного производства

По мере развития аппаратных средств AM, позволяющих получать более тонкие разрешения вплоть до 20 микрон, становятся жизненно важными более плотные распределения частиц порошка в диапазоне от 15 до 45 микрон, что требует более широкого использования газовой и плазменной атомизации, способствующей получению сферического метеоритного порошка, идеального для плотной упаковки и плавного сгребания.

Сопоставление производственного маршрута с предполагаемыми требованиями AM-процесса обеспечивает оптимальные характеристики порошка, уравновешивая недостатки производительности.

Типы порошков для аддитивного производства металлов

Различные металлические сплавы, получаемые в виде порошка, сегодня широко применяются в технологиях AM - от недорогих полимеров до дорогих тугоплавких суперсплавов - благодаря расширенной свободе проектирования, облегчающей консолидацию деталей, и улучшенным характеристикам, выходящим за пределы литья или механической обработки.

Таблица 3: Распространенные металлические порошковые материалы, используемые для AM

Оптимизированная среда для плавки в порошковом слое позволяет обрабатывать традиционно сложные композиции материалов, преодолевая обычные производственные препятствия. Это позволяет внедрять инновации в области терморегулирования электронной упаковки, нефтегазовых клапанов и насосов для экстремальных условий, компонентов для автогонок и спутникового оборудования.

Тщательный выбор оптимального сплава с учетом приоритетов дизайна, связанных с весом, стоимостью, прочностью и экологичностью, позволяет создавать идеальные высокопроизводительные аддитивные детали, не имеющие аналогов в традиционных процессах.

Основные свойства порошков для аддитивного производства

Для обеспечения плавного и эффективного осаждения материала, необходимого для получения плотных бездефектных печатных компонентов, порошковые продукты для аддитивного производства должны отвечать строгим требованиям, касающимся их характеристик текучести, видимой плотности, остаточной пористости, микроструктуры и пределов загрязнения.

Таблица 4: Типичные свойства металлических порошков AM

Проверка критических свойств порошка на производстве с помощью современных приборов обеспечивает воспроизводимость, преодолевая отклонения свойств от партии к партии с помощью статистических корректировок процесса в режиме реального времени.

Сопоставление хорошо охарактеризованного порошка, стабильных процессов создания и жестких допусков оборудования обеспечивает надежное производство АМ-изделий.

Технические характеристики порошков для аддитивного производства металлов

Для обеспечения высокого качества компонентов аппаратных систем AM порошки металлических сплавов должны соответствовать более жесткому химическому контролю и распределению размеров по сравнению с обычной порошковой металлургией, предназначенной только для уплотнения и спекания.

Таблица 5: Типичные значения технических характеристик порошка с добавками

Мониторинг усовершенствованных формул коэффициента равномерности и коэффициента скорости потока, разработанных для металлического AM-порошка, позволяет получить более глубокие сведения, чем простой поток Холла, обеспечивая надежную работу приложения.

А благодаря специальному распределению размеров порошковая химия активно способствует улучшению процесса, обеспечивая более тонкое разрешение, более высокую скорость сборки и более длительные непрерывные производственные циклы, что так важно для внедрения AM.

Степени и стандарты для порошков для аддитивного производства

С внедрением аддитивного производства в регулируемые среды, охватывающие аэрокосмическую, медицинскую, автомобильную и промышленную отрасли, стандартизированные методы спецификации, тестирования, сертификации и контроля металлических порошков становятся жизненно важными для обеспечения повторяемости, качества и безопасности.

Таблица 6: Новые стандарты для металлических AM-порошков

По мере проникновения AM в коммерческие и оборонные отрасли, требующие строгой проверки и прослеживаемости деталей, становятся обязательными стандартизированные методы испытаний, документация по цепочке поставок, показатели выборки партий, контроль окружающей среды на объектах и обучение персонала. Соответствие требованиям гарантирует пользователям полную родословную материала и прозрачность процесса, что способствует строгости квалификации, ожидаемой в критически важных приложениях.

Государственные учреждения также поддерживают постоянную разработку спецификаций материалов, методов испытаний и передовых практик по мере развития AM на различных рынках. Сотрудничество между производителями порошков, OEM-производителями принтеров и промышленными пользователями будет и дальше способствовать улучшению контрольных показателей, повышающих реальную производительность и надежность.

Области применения порошков с металлическими добавками

Благодаря расширению возможностей принтерных систем и доступности оптимизированных порошков для нужд AM, аддитивное производство трансформирует экономику производства во многих отраслях промышленности - от аэрокосмической до производства потребительских товаров.

Таблица 7: Основные области применения порошков для аддитивного производства металлов

Благодаря расширению выбора материалов и увеличению доступных объемов сборки, металлический AM трансформирует производственные барьеры, стоящие перед традиционными процессами, обеспечивая более высокую прочность, облегчение веса, повышение теплостойкости благодаря генеративным каналам охлаждения, консолидацию деталей и сокращение общего времени выполнения заказа.

Эти преимущества производства стимулируют внедрение технологий AM, вытесняющих традиционное производство в отраслях, чувствительных к затратам, после того как станет очевидной экономия на масштабе. Продолжающиеся инновации в области материалов обещают расширить сферу применения в более экстремальных условиях химического воздействия, давления, коррозии и нагрузок.

Поставщики металлических AM-порошков

В настоящее время широкий спектр производителей порошков поставляет специализированные металлические материалы для аддитивного производства на стартовом оборудовании для небольших мастерских, крупных аэрокосмических компаний первого уровня и новаторов в области индивидуальных сплавов, расширяющих границы возможностей AM.

Таблица 8: Ведущие поставщики металлических порошков для добавок

Эти лидеры в области производства порошков активно сотрудничают в индустрии AM с производителями принтеров, исследователями и группами по стандартизации, чтобы постоянно улучшать повторяемость размеров, снижать уровень пористости, улучшать эстетику готовых деталей и механические характеристики.

Анализ затрат на металлические AM-порошки

Цены на обычные металлические AM-порошки сильно варьируются в зависимости от состава, способа производства, уровня дистрибуции, требований к тестированию и объемов закупок, но в целом они значительно превышают цены на обычные порошки, используемые только для прессования и спекания.

Таблица 9: Цены на порошки с металлическими добавками

Ценовая премия по сравнению с обычными порошками обусловлена гораздо меньшими объемами партий, более высокой стоимостью исходных материалов, а также различиями в обработке, оптимизирующими такие характеристики, как сферичность и контролируемый химический состав, что облегчает выполнение задач AM.

По мере распространения принтеров, усиления конкуренции и увеличения масштабов производства стоимость, вероятно, будет постепенно снижаться в течение 5-10 лет - в соответствии с типичной дорожной картой зрелости технологии. Однако цены на специальные сорта будут оставаться значительно выше, что отражает динамику рынка исходных металлов.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Как использованные/переработанные металлические AM-порошки омолаживаются для дополнительных циклов печати?

О: Порошки просеиваются для удаления крупных частиц размером более 100 микрон, химически ребалансируются, восстанавливая уровень кислорода/азота, и смешиваются с соразмерными первичными материалами, обеспечивая возможность повторного использования без ухудшения качества конечных печатных деталей.

Вопрос: Какие критические характеристики больше всего отличаются между порошками для AM и обычного прессования?

О: Более узкое распределение частиц по размерам, в среднем 25 микрон, более высокая кажущаяся плотность и плотность отвода, более гладкая сферическая форма метеоритного порошка и более низкий уровень кислорода и азота отличают потребности AM от традиционной порошковой металлургии, требующей только более низких допусков. Достижение этих оптимизированных характеристик способствует бездефектной АМ-печати.

Вопрос: Сколько раз можно повторно использовать обычные порошковые сплавы для АМ?

О: Аналогичные титановые и никелевые суперсплавы проходят до 20 циклов, после чего требуется пополнение запаса свежего порошка. Менее дорогие нержавеющие стали могут достигать 50+ циклов повторного использования. Алюминий и высокореакционные марки имеют наиболее ограниченную продолжительность повторного использования - менее 5 циклов.

Вопрос: Каков потенциал улучшения свойств металлических AM-порошков по сравнению с существующими материалами?

О: Сочетание повышенного соотношения прочности и веса за счет утончения/полости секций со встроенными каналами, способствующими потоку жидкости, теплообмену или усилению конструкции, открывает возможности для создания конфигураций, революционизирующих производство компонентов, невозможное при использовании только субтрактивной обработки или процессов одноступенчатого литья.

Вопрос: Какие категории промышленности в настоящее время демонстрируют наибольшие перспективы для роста производства порошков для АМ металлов?

О: Авиакосмическая промышленность, медицинское оборудование, автомобилестроение и нефтегазовая отрасль лидируют на ранних этапах развития благодаря компонентам высокой стоимости, оправдывающим инвестиции в НИОКР. Но в долгосрочной перспективе ожидается массовое внедрение, улучшающее долговечность потребительских товаров за счет использования преимуществ гибкости АМ по мере снижения стоимости системы.

узнать больше о процессах 3D-печати