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
Spherical Duplex Stainless Steel Alloy Powder: The Best Material for Harsh Conditions
Читать далее "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