Металлический порошок для 3D-печати
Оглавление
Обзор металлический порошок для 3d-печати
Металлический порошок для 3D-печати - это сырье, используемое в различных процессах аддитивного производства металла для послойного изготовления трехмерных металлических деталей. В отличие от традиционного субтрактивного производства, при котором материал удаляется, при аддитивном производстве компоненты создаются путем плавления и сплавления материала на основе цифровой 3D-модели.
Металлические порошки, используемые в 3D-печати, позволяют производить сложные, легкие и высокопроизводительные металлические детали со сложной геометрией, которые трудно или невозможно изготовить обычными методами. Наиболее распространенные технологии 3D-печати с использованием металлических порошков включают в себя:
- Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) - Использует лазер для выборочного расплавления и сплавления слоев металлического порошка на основе 3D-модели CAD.
- Электронно-лучевое плавление (ЭЛП) - С помощью электронного луча в вакууме порошки расплавляются и сплавляются слой за слоем.
- Струйная обработка вяжущего - Жидкое связующее вещество выборочно наносится на порошковые материалы, которые затем заливаются бронзой в печи для спекания.
Виды порошков для 3D-печати металлов
| Металл | Описание | Свойства | Приложения |
|---|---|---|---|
| Нержавеющая сталь | Самый распространенный металлический порошок для 3D-печати благодаря сочетанию доступности, коррозионной стойкости и свариваемости. К распространенным маркам относятся 316L (морской класс), 17-4 PH (высокая прочность и закалка осаждением) и 304 (общее назначение). | - Отличная коррозионная стойкость - Высокая прочность - Хорошая пластичность - Биосовместимость (некоторые марки) | - Аэрокосмические компоненты (некритичные) - Медицинские имплантаты и устройства - Оборудование для химической обработки - Автомобильные детали - Ювелирные изделия |
| Титан | Высокопрочный металл с низким весом, который ценится за биосовместимость и отличное соотношение прочности и веса. Наиболее распространенный сплав - Ti6Al4V (титан 6% алюминий, 4% ванадий). | - Высокое соотношение прочности и веса - Отличная коррозионная стойкость - Биосовместимость - Высокая температура плавления | - Аэрокосмические компоненты (критические) - Биомедицинские имплантаты (коленные протезы, костные пластины) - Морские компоненты - Спортивные товары (клюшки для гольфа, велосипеды) |
| Алюминий | Легкий и доступный металл с хорошей электропроводностью и обрабатываемостью. Распространенные сплавы: 6061 (общего назначения), 7075 (высокопрочный) и 2024 (аэрокосмический). | - Легкий вес - Хорошая проводимость - Отличная обрабатываемость - Возможность вторичной переработки | - Автомобильные детали (рамы, колеса) - Аэрокосмические компоненты (некритичные) - Потребительская электроника - Теплоотводы |
| Никелевые сплавы | Класс высокоэффективных сплавов, известных своей исключительной жаропрочностью, коррозионной стойкостью и механической прочностью. К распространенным разновидностям относятся инконель 625 (исключительная стойкость к агрессивным средам) и инконель 718 (высокая прочность при повышенных температурах). | - Исключительная термостойкость - Отличная коррозионная стойкость - Высокая прочность при повышенных температурах - Стойкость к окислению | - Компоненты газотурбинных двигателей - Теплообменники - Оборудование для химической обработки - Ядерные реакторы |
| Кобальтовый хром | Биосовместимый сплав, обычно используемый благодаря своей прочности, коррозионной стойкости и износостойкости. | - Высокая прочность - Отличная износостойкость - Хорошая коррозионная стойкость - Биосовместимость | - Биомедицинские имплантаты (замена суставов, зубные имплантаты) - Режущие инструменты - Износостойкие пластины |
| Инструментальные стали | Группа сталей, предназначенных для изготовления специальных инструментов, таких как режущие, формообразующие и режущие. К распространенным типам относятся H13 (инструментальная сталь для горячей обработки) и A2 (инструментальная сталь для холодной обработки). | - Высокая твердость - Износостойкость - Стабильность размеров - Жесткость (в зависимости от типа) | - Режущие инструменты - Штампы и пресс-формы - Пуансоны и ножницы - Износостойкие детали |
| Драгоценные металлы | Менее распространены в металлической 3D-печати из-за высокой стоимости, но обладают уникальными свойствами, такими как высокая электропроводность, устойчивость к коррозии и биосовместимость. Примерами являются золото, серебро и платина. | - Высокая электропроводность - Отличная коррозионная стойкость - Биосовместимость (некоторые виды) - Высокая отражательная способность (в зависимости от металла) | - Электрические разъемы - Ювелирные изделия - Биомедицинские имплантаты (ограниченное применение) - Высокоэффективные теплоотводы |
Производство металлических порошков
| Сцена | Процесс | Описание | Контроль качества |
|---|---|---|---|
| Приобретение сырья | Выбор материала | Выбор высококачественных сырьевых материалов, таких как титан, сталь или алюминиевые сплавы, различной чистоты для обеспечения требуемых свойств конечной детали. | Анализ химического состава с помощью таких методов, как рентгеновская флуоресценция (XRF) или оптическая эмиссионная спектрометрия (OES). |
| ** | Предварительная обработка** | Дробление и измельчение сыпучих материалов на более мелкие фрагменты для получения сырья с постоянным гранулометрическим составом, пригодным для дальнейшей обработки. | Анализ размера частиц с помощью просеивания или лазерной дифракции для обеспечения надлежащего сырья для распыления. |
| Распыление | Газовая атомизация** | Расплавленный металл впрыскивается в поток инертного газа под высоким давлением, образуя мелкодисперсный туман, который быстро охлаждается и застывает в сферические металлические частицы. | Анализ распределения частиц по размерам, морфологии (формы) и текучести с помощью лазерной дифракции и расходомеров для обеспечения оптимальных характеристик порошка. |
| ** | Распыление воды** | Похож на газовое распыление, но расплавленный металл впрыскивается в поток воды под высоким давлением. Этот метод обычно используется для менее реактивных металлов, таких как алюминий. | Аналогичные меры контроля качества, как и при газовом распылении, для обеспечения постоянства свойств частиц. |
| Постобработка | Скрининг и классификация** | Порошки пропускаются через сита для удаления чрезмерно крупных или недостаточно крупных частиц, что позволяет получить узкий гранулометрический состав для оптимальной печати. | Анализ распределения частиц по размерам для проверки соблюдения требуемого диапазона размеров частиц. |
| ** | Удаление пыли и очистка**. | Удаление примесей, таких как оксиды, влага и смазочные материалы, используемые при распылении, для обеспечения высокой чистоты порошка. | Методы химического анализа, такие как XRF, для измерения содержания кислорода и обеспечения минимального количества загрязнений на поверхности. |
| ** | Сфероидизация**. | Дополнительный этап для определенных областей применения. Порошки подвергаются дополнительной обработке для улучшения их сферичности, что приводит к лучшей текучести и пригодности для печати. | Морфологический анализ для оценки округлости частиц и обеспечения высокой степени сферичности. |
| ** | Вакуумная сушка**. | Удаление влаги из частиц порошка с помощью вакуумной камеры для предотвращения дефектов при печати. | Титрование по Карлу Фишеру для измерения содержания влаги и проверки того, что оно находится в допустимом диапазоне. |
| ** | Упаковка инертных газов** | Упакуйте готовый порошок в герметичный контейнер, заполненный инертным газом, например аргоном, чтобы минимизировать окисление и сохранить качество порошка при хранении и транспортировке. | Проверка герметичности контейнеров и анализ остаточного кислорода для обеспечения надлежащей упаковки и минимального воздействия кислорода. |
Атрибуты металлического порошка
Основные свойства порошка для 3D-печати включают:
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Форма частиц | Сферические, спутниковые, угловые |
| Размер частиц | Общий диапазон 10-100 микрон |
| Распределение по размерам | Смесь мелких и крупных частиц |
| Текучесть | Способность частиц течь под собственным весом |
| Кажущаяся плотность | Плотность как у порошка при нормальных условиях |
| Плотность отвода | Плотность после механического простукивания/агитации |
| Чистота | Не содержит загрязняющих веществ, таких как оксиды и нитриды |
| Микроструктура | Размер зерна, распределение фаз, дефекты |
| Содержание влаги | Должны храниться на низком уровне, в инертной атмосфере |
Размер и распределение частиц непосредственно влияют на расход порошка, эффективность плавления, качество поверхности, пористость и механические свойства. Более мелкие размеры улучшают разрешение, а более крупные размеры снижают стоимость. Идеальным вариантом является смесь.
Форма порошка и текстура поверхности определяют межчастичное трение, текучесть, распределяемость и насыпную плотность. Гладкие, сферические порошки оптимально текут и распределяются при высокой плотности упаковки.
Контроль свойств порошка и создание индивидуальных сплавов требует знаний в области металлургии, производства порошка, процессов аддитивного производства и материаловедения.
Применение металлического порошка для 3d-печати
| Промышленность | Приложение | Преимущества | Материальные соображения |
|---|---|---|---|
| Аэрокосмическая промышленность | Легкие и высокопрочные компоненты для самолетов (например, кронштейны, теплообменники) Детали ракетного двигателя Топливные форсунки | Уменьшенный вес для повышения топливной эффективности Сложная внутренняя геометрия для оптимизации производительности Производство замысловатых решетчатых структур для отвода тепла | Титановые сплавы благодаря исключительному соотношению прочности и веса и высокотемпературным характеристикам Инконель благодаря своей способности выдерживать экстремальное тепло и давление Алюминиевые сплавы для легких конструкций в некритических областях |
| Медицина | Индивидуальные протезы и имплантаты (например, протезы тазобедренного сустава, зубные коронки) Хирургические инструменты с улучшенной эргономикой Биосовместимые материалы для изготовления скаффолдов для регенерации костной ткани | Персонализированные медицинские устройства, идеально соответствующие анатомии пациента Пористые структуры, способствующие врастанию кости для лучшей остеоинтеграции Уменьшение необходимости инвазивных операций с помощью инструментов, предназначенных для конкретного пациента | Титан и тантал благодаря своей биосовместимости и отличным свойствам остеоинтеграции Нержавеющая сталь благодаря своей прочности и коррозионной стойкости в определенных областях применения Кобальтохромовые сплавы для повышения износостойкости высоконагруженных имплантатов |
| Автомобильная промышленность | Облегченные компоненты для снижения веса и улучшения топливной экономичности (например, колеса, детали подвески) Высокопроизводительные компоненты двигателя Настраиваемые гоночные детали | Свобода проектирования для создания сложных геометрических форм, повышающих производительность Быстрое создание прототипов для ускорения процесса разработки Производство ограниченного тиража или единичных деталей | Алюминиевые сплавы для легких конструкций с высокой прочностью Титановые сплавы для высокопрочных компонентов в условиях высоких нагрузок Никелевые сплавы благодаря своей способности выдерживать экстремальные температуры и давление |
| Потребительские товары | Роскошные ювелирные украшения и изделия на заказ Спортивные товары, выпущенные ограниченным тиражом Настраиваемые компоненты бытовой электроники | Производство сложных и уникальных конструкций Сокращение отходов по сравнению с традиционным субтрактивным производством Массовая кастомизация для персонализированных продуктов | Драгоценные металлы, такие как золото, серебро и платина, для дорогих украшений Нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы для товаров длительного пользования Медь за ее эстетическую привлекательность и теплопроводность в электронике |
| Энергия | * Компоненты для теплообменников и реакторов * Аддитивное производство сложных турбинных лопаток * Производство специализированных деталей для разведки нефти и газа | * Высокоэффективные материалы для использования в сложных условиях * Легкие конструкции для повышения эффективности * Свобода дизайна для оптимизации теплопередачи и потока жидкости | Никелевые сплавы благодаря своей исключительной высокотемпературной прочности и коррозионной стойкости Нержавеющая сталь обеспечивает долговечность и устойчивость к суровым условиям эксплуатации Инконель благодаря своей способности выдерживать экстремальное тепло и давление в ядерных установках |
металлический 3d порошок для печати Поставщики
Существует несколько ведущих мировых поставщиков, которые производят стандартные и специальные металлические порошки специально для 3D-печати:
| Поставщик | Штаб-квартира | Порошковые материалы |
|---|---|---|
| Sandvik | Швеция | Нержавеющие стали, никелевые сплавы, титановые сплавы, инструментальные стали |
| Столярная присадка | США | Нержавеющие стали, кобальт-хром, медь, никелевые сплавы |
| Praxair | США | Титан, никелевые суперсплавы, нержавеющая сталь |
| Порошковая металлургия GKN | США | Нержавеющие стали, титан, алюминиевые сплавы |
| Технология LPW | ВЕЛИКОБРИТАНИЯ | Титановые сплавы, алюминиевые сплавы, нержавеющие стали |
Возможности поставщика по настройке химического состава сплава, изменению характеристик порошка, обеспечению согласованности между партиями и совместной работе над качеством деталей являются важными факторами при принятии решения о выборе поставщика порошка.
Стоимость металлических порошков
| Тип металла | Диапазон цен (USD за кг) | Общие приложения | Ключевые соображения |
|---|---|---|---|
| Стандартные металлы | $50 – $100 | * Алюминий (AlSi10Mg) * Нержавеющая сталь (316L) * Титан (Ti6Al4V) | * Как правило, экономически эффективные варианты для прототипов и деталей с низкой нагрузкой. * Алюминий обеспечивает хорошее соотношение прочности и веса и обрабатываемость. * Нержавеющая сталь 316L известна своей коррозионной стойкостью. * Ti6Al4V находит применение в аэрокосмической и медицинской отраслях благодаря своей биосовместимости и высокому соотношению прочности и веса. |
| Высокоэффективные металлы | $300 – $600 | * Никелевые суперсплавы (Inconel 625) * Кобальт-хром (CoCr) * Инструментальная сталь (H13) | * Предназначен для применений, требующих исключительных механических свойств при высоких температурах или износостойкости. * Инконель 625 - рабочая лошадка аэрокосмической отрасли благодаря своей способности выдерживать экстремальные температуры и сохранять прочность. * CoCr популярен в медицинских имплантатах благодаря своей биосовместимости и высокой прочности. * H13 - популярный материал для изготовления инструментов благодаря исключительной твердости и износостойкости. |
| Драгоценные металлы | $1,000 – $50,000+ | * Золото * Серебро * Платина | * В основном используется для эстетических или дорогостоящих применений в ювелирном деле, электронике и аэрокосмической промышленности. * Золото обладает отличной электропроводностью и устойчивостью к коррозии. * Серебро известно своими антимикробными свойствами и высокой теплопроводностью. * Платина находит применение в высокотемпературных тиглях и электрических контактах благодаря температуре плавления и устойчивости к коррозии. |
| Редкоземельные металлы | Связаться с поставщиком | * Иттрий * Неодим * Эрбий | * Ограниченная доступность и уникальные свойства приводят к росту стоимости. * Иттрий находит применение в твердотельных лазерах и сверхпроводниках. * Неодим - ключевой компонент мощных магнитов. * Эрбий используется в волоконно-оптических усилителях и лазерах. |
Технические характеристики металлических порошков
Развиваются отраслевые стандарты по спецификациям, методам испытаний и сертификации порошков:
| Стандарт | Организация | Область применения |
|---|---|---|
| ASTM F3049 | ASTM International | Стандартное руководство по определению характеристик металлических порошков для AM |
| ASTM F3056 | ASTM International | Спецификация аддитивного производства никелевого сплава |
| AS9100 rev D | SAE International | Системы управления качеством в аэрокосмической отрасли |
| ISO/ASTM 52900 | ISO/ASTM | Стандартная терминология для АМ - Общие принципы |
| ISO/ASTM 52921 | ISO/ASTM | Стандарт для металлических порошков, используемых в DMLS/SLM |
Основные свойства порошка, такие как гранулометрический состав, скорость потока, плотность и состав, проверяются в соответствии с этими спецификациями. Клиенты могут потребовать от производителей металлических порошков дополнительные данные испытаний, отчеты об анализе партии и сертификаты соответствия.
Плюсы и минусы металлических порошков для 3D-печати
| Характеристика | Плюсы | Cons |
|---|---|---|
| Свобода дизайна | * Позволяет создавать сложные геометрические формы, невозможные при использовании традиционных методов. * Создает легкие конструкции с внутренними решетками, обеспечивающими превосходное соотношение прочности и веса. * Позволяет изготавливать детали по индивидуальному заказу. | * Ограничено только объемом сборки принтера и возможностями программного обеспечения. |
| Свойства материала | * Доступен широкий спектр металлических порошков, каждый из которых обладает уникальными свойствами, такими как высокая прочность, термостойкость или биосовместимость. * Детали могут достигать свойств, сравнимых с традиционными металлами. | * Характеристики порошка могут влиять на пригодность к печати и качество конечного продукта. * Некоторые высокопроизводительные металлы требуют специальных условий для печати. |
| Эффективность производства | * Сокращение отходов по сравнению с субтрактивными технологиями производства. * Позволяет изготавливать сложные детали за один этап, исключая необходимость сборки. * Сокращает время изготовления прототипов и малосерийного производства. | * Не подходит для массового производства из-за низкой скорости печати и более высокой стоимости материалов. * Требует тщательной последующей обработки для достижения желаемой поверхности и точности размеров. |
| Безопасность | * Некоторые металлические порошки могут быть опасны из-за воспламеняемости или токсичности. * Требуются надлежащие процедуры обращения и средства индивидуальной защиты (СИЗ) для минимизации рисков. | * Связанные металлические нити - более безопасная альтернатива для некоторых областей применения. * Достижения в технологиях обработки порошка повышают безопасность. |
| Стоимость | * Высокие первоначальные инвестиции в металлические 3D-принтеры и порошковые материалы. * Текущие расходы, связанные с обработкой порошка, обслуживанием и утилизацией отходов. | * Может быть экономически эффективным для сложных деталей или небольших партий продукции по сравнению с традиционными методами. * Потенциал для снижения трудозатрат и рационализации производственных процессов. |
| Воздействие на окружающую среду | * Сокращение отходов материалов по сравнению с субтрактивным производством. * Возможность производства по требованию, минимизация избыточных запасов и транспортных расходов. | * Энергоемкий процесс печати может оказывать более сильное воздействие на окружающую среду. * Утилизация отработанного порошка требует правильного обращения, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду. |
Будущее металлических порошков для 3D-печати
Ключевые тенденции, формирующие будущую дорожную карту для металлических порошков:
Новые сплавы: Более широкий выбор сплавов, соответствующих свойствам кованого алюминия и титана, позволит расширить их применение в конструкционных элементах. Ведутся исследования и разработки в области высокопрочных сталей, медных сплавов и драгоценных металлов.
Улучшенные порошки: Более жесткий контроль распределения размеров, формы и микроструктуры приведет к созданию порошков, адаптированных для конкретных процессов AM и приложений. Это повышает качество и улучшает свойства материала.
Системы рециркуляции: Межотраслевая инфраструктура для сбора, определения характеристик и повторного использования металлических порошков в замкнутом цикле позволит сделать 3D-печать более экологичной.
Автоматизированные рабочие процессы: Упорядоченные рабочие процессы по обработке порошка с использованием контейнеров, датчиков и автоматизированных управляемых транспортных средств повысят безопасность, согласованность и производительность.
Инфраструктура сертификации: Централизованные институты, предоставляющие услуги по сертификации порошков и квалификации деталей, позволят критически важным отраслям промышленности, таким как медицинская и аэрокосмическая, с уверенностью внедрять АМ.
Специализация: Производители систем, производители металлических порошков, покупатели деталей, компании-разработчики программного обеспечения и материаловеды, специализирующиеся на нишевых аспектах цепочки создания стоимости AM, будут стимулировать целенаправленные инновации.
Снижение затрат: Такие подходы, как производство сыпучих порошков, стандартизация сплавов, автоматизированная постобработка и цифровое управление запасами, позволят повысить экономичность.
Благодаря постоянному прогрессу в этих областях, индустриализация и массовое внедрение металлической 3D-печати будет способствовать быстрому росту в течение следующего десятилетия на нескольких ключевых рынках.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Какой металлический порошок чаще всего используется в 3D-печати?
О: Нержавеющая сталь 316L - наиболее широко используемый сегодня металлический порошок благодаря своим хорошим механическим свойствам, свариваемости и коррозионной стойкости. Другими популярными вариантами являются титан Ti64 и алюминий AlSi10Mg.
В: Как выбрать подходящий металлический порошок для конкретной задачи?
О: Ключевыми факторами являются рабочая температура, коррозионная стойкость, износостойкость, прочность деталей, требования к весу, электропроводность, биосовместимость, возможность контакта с пищевыми продуктами и ограничения, связанные с последующей обработкой. Обсудите детали применения с производителями порошков для получения рекомендаций по сплавам.
Вопрос: Улучшает ли использование более мелкого металлического порошка качество деталей?
О: Более тонкие порошки (~10-45 мкм) улучшают разрешение, качество поверхности и точность, поскольку можно сплавлять более тонкие слои. Однако это снижает скорость изготовления и увеличивает стоимость. Смешивание мелких и крупных частиц обеспечивает сбалансированный подход.
Вопрос: Как обеспечить безопасность и отсутствие загрязнений металлических порошков при хранении и обработке?
О: Металлические порошки обладают высокой реакционной способностью и склонны к окислению. Поглощение влаги также ухудшает качество порошка с течением времени. Поэтому очень важны атмосфера инертного газа, вакуумное хранение, герметичные контейнеры и минимальное воздействие кислорода/воды при автоматизированной обработке порошка.
В: Можно ли повторно использовать металлические порошки для снижения стоимости материалов при 3D-печати?
О: Да, но повторное использование сопряжено с определенными трудностями. Неиспользованный порошок можно использовать повторно, но для этого необходимо провести обширные испытания на предмет загрязнения, изменения распределения частиц по размерам или состава в течение нескольких циклов. Такая характеристика увеличивает затраты и риски.
Поделиться
MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.
Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!
Похожие статьи
О компании Met3DP
Последние обновления
Наш продукт
CONTACT US
Есть вопросы? Отправьте нам сообщение прямо сейчас! После получения Вашего сообщения мы всей командой выполним Ваш запрос.
Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции
Получить последние продукты и прайс-лист
Металлические порошки для 3D-печати и аддитивного производства
КОМПАНИЯ
ПРОДУКТ
ИНФОРМАЦИЯ О КОНТАКТЕ
- Город Циндао, Шаньдун, Китай
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731