Металлические порошки для 3D-печати в Канаде

Обзор металлических порошков для 3D-печати

3D-печать, также известная как аддитивное производство, произвела революцию в производственных процессах для создания прототипов и производства. В отличие от традиционных субтрактивных технологий, при которых материал удаляется, при 3D-печати компоненты создаются слой за слоем на основе цифровой 3D-модели.

Металлическая 3D-печать, в частности, открывает возможности для изготовления сложных, легких геометрических форм с высокой прочностью и термостойкостью с использованием порошков различных сплавов. Мелкий металлический порошок выборочно расплавляется источником тепла, например лазером или электронным лучом, для сплавления слоев между собой.

Канада становится ведущим центром металлической 3D-печати: эту технологию внедряют поставщики материалов, сервисные бюро и производители конечных деталей. В данной статье представлен полный обзор металлических порошков, используемых для 3D-печати в Канаде.

Виды металлических порошков, используемых в 3D-печати

Для создания металлических 3D-печатных деталей используются несколько сплавов, в том числе:

Наиболее распространенными металлическими порошковыми материалами, используемыми в 3D-печати, в настоящее время являются нержавеющие стали, титановые сплавы, никелевые суперсплавы и кобальто-хромовые сплавы. Выбор зависит от механических требований, необходимой коррозионной стойкости, высокотемпературных характеристик, весовых характеристик, биосовместимости и стоимости.

Методы получения металлических порошков

Металлические порошки могут быть получены различными методами, каждый из которых позволяет получить порошки с различными характеристиками, подходящими для процессов АМ:

• Распыление газа - Газ под высоким давлением разбивает поток расплавленного металла на мелкие капли, которые застывают в сферические частицы, идеальные для 3D-печати
• Распыление воды - Менее дорогостоящий, но позволяет получать частицы более неправильной формы
• Плазменное распыление - Позволяет распылять в инертной атмосфере такие реакционноспособные сплавы, как титан и алюминий
• Газовое распыление при индукционном плавлении электродов (EIGA) - Сочетание индукционной плавки и газового распыления для получения небольших количеств специализированных сплавов
• Механическое фрезерование/легирование - Шаровое измельчение металлических порошков для получения специфических микроструктур и форм частиц

Методы распыления позволяют точно контролировать состав порошка, морфологию, структуру зерна, распределение частиц по размерам и характеристики потока, необходимые для получения высококачественных деталей, напечатанных методом 3D-печати.

Технические характеристики металлических порошков

Металлические порошки, используемые в аддитивном производстве, должны соответствовать строгим техническим требованиям:

• Размер частиц - Обычно от 10 до 45 мкм
• Морфология - Сферические частицы, не содержащие спутников, обеспечивают хорошую текучесть и плотную упаковку
• Химический состав - Жесткий контроль для получения требуемых механических свойств
• Микроструктура - Зависит от скорости затвердевания при распылении
• Характеристики потока порошка - Влияет на равномерность распределения при печати

Поддержание постоянства этих характеристик порошка имеет решающее значение для получения бездефектных и надежных металлических деталей, напечатанных методом 3D-печати.

Поставщики металлических порошков в Канаде

В Канаде растет число компаний, занимающихся производством и поставкой металлических порошков для AM-индустрии:

Ведущие поставщики металлических порошков в Канаде

Эти крупные производители металлических порошков открыли свои предприятия в Канаде, чтобы быть ближе к растущему рынку. Они предлагают широкий спектр сплавов, отвечающих требованиям аэрокосмической, медицинской, автомобильной и промышленной 3D-печати.

Кроме того, в Канаде находятся такие производители специализированных металлических порошков, как Nanosteel, Quebec Metal Powders и GKN Powder Metallurgy, специализирующиеся на производстве сплавов по индивидуальным заказам. Такие университеты, как McGill, UBC и Waterloo, также располагают мощностями по производству порошков для исследовательских целей.

Стоимость металлических порошков

Металлические порошки составляют значительную часть эксплуатационных затрат на АМ металлов. Цены варьируются в широких пределах в зависимости от состава, требований к качеству и объемов закупок:

Порошки из нержавеющей и низколегированной стали являются наиболее экономичными, в то время как титановые, никелевые и кобальтовые сплавы, используемые в критических приложениях, гораздо дороже.

Высококачественные порошки, отвечающие строгим аэрокосмическим и медицинским требованиям, имеют более высокую цену. Нестандартные сплавы и закупки малых партий также значительно увеличивают затраты. Повторное использование негабаритных и восстановленных порошков позволяет снизить затраты.

В целом стоимость порошка снижается по мере увеличения масштабов производства. Однако стоимость материалов остается ограничивающим фактором, особенно для мелких покупателей. Крупные покупатели имеют больше рычагов для получения скидок от производителей металлических порошков.

Области применения 3D-печати металлов в Канаде

Аддитивное производство металлов находит все большее применение в ряде отраслей промышленности Канады:

Аэрокосмическая промышленность

• Сложные детали из титановых и никелевых сплавов, такие как воздуховоды, корпуса, конструктивная арматура
• Облегчение сложных геометрических форм для повышения топливной эффективности
• Сокращение количества деталей, объединенных в одну деталь
• Индивидуальный ремонт и запчасти для устаревших самолетов

Медицина

• Ортопедические имплантаты, такие как тазобедренные, коленные и спинальные имплантаты из титана и кобальтохрома
• Имплантаты, адаптированные к анатомии пациента с помощью 3D-сканирования
• Пористые структуры, способствующие росту костной ткани
• Режущие направляющие и хирургические инструменты, печатаемые по заказу

Автомобильная промышленность

• Легкие алюминиевые и титановые детали
• Индивидуальная оснастка, например, оснастка, приспособления, захваты
• Малосерийное производство кронштейнов, корпусов, коллекторов
• Послепродажные аксессуары и компоненты для тюнинга

Нефть и газ

• Компоненты из нержавеющей стали для клапанов, насосов, фитингов
• Коррозионностойкие детали из никелевых сплавов для устьевого оборудования
• Нестандартные одноразовые запасные части на морских платформах

Потребительские товары

• Индивидуальные изделия, такие как ювелирные изделия, фигурки, фурнитура, напечатанные на драгоценных металлах
• Ограниченная серия изделий из нержавеющей стали премиум-класса, таких как часы, ручки, скульптуры
• Индивидуальная ортодонтия, зубные имплантаты, компоненты протезов

Эти отрасли промышленности внедряют металлический AM в Канаде благодаря свободе проектирования, консолидации деталей, облегчению веса, повышению производительности, массовой кастомизации и возможностям цифрового инвентаризации.

Поставщики услуг для 3D-печати металлов в Канаде

Наряду с поставщиками комплектующих в Канаде имеется развитая сеть специализированных сервисных бюро, ориентированных на аддитивное производство металлов:

Ведущие сервисные бюро по 3D-печати металлов в Канаде

Эти сервисные бюро обслуживают клиентов из аэрокосмической, медицинской, автомобильной и промышленной отраслей Канады, предоставляя доступ к различным технологиям металлической AM-печати для создания прототипов и производства. Их опыт и высококлассное оборудование помогают сделать качественную металлическую 3D-печать доступной для канадских компаний, желающих внедрить AM.

Тенденции и перспективы металлообработки в Канаде

В Канаде сформировалась мощная цепочка поставок металлических порошков, сеть сервисных бюро и база конечных пользователей в аэрокосмической и медицинской отраслях. К числу основных тенденций, определяющих развитие металлической 3D-печати в Канаде, относятся:

• Все более широкое внедрение AM-технологий ведущими аэрокосмическими компаниями, такими как Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
• Финансирование исследований в области металлического АМ в канадских университетах и государственных лабораториях
• Международные поставщики порошков открывают канадские предприятия для освоения растущего рынка
• Появление канадских производителей металлических порошков, ориентированных на нишевые сплавы
• Расширение сервисных бюро до серийного производства компонентов конечного потребления
• Все больше малых и средних предприятий осваивают АМ для облегчения, кастомизации, консолидированных сборок
• Сотрудничество правительства и промышленности через такие организации, как CRIAQ, NGen, CAMX
• Разработка системы управления технологическим процессом и стандартов, специфичных для металлического АМ
• Гибридное производство, сочетающее металлический AM с субтрактивной обработкой с ЧПУ
• Моделирование и программное обеспечение рабочего процесса, повышающее качество и воспроизводимость

В условиях растущего интереса к аддитивному производству металлов в Канаде со стороны как уже состоявшихся, так и новых участников, оно имеет все шансы на устойчивый рост. Постоянное совершенствование материалов, процессов, средств проектирования и контроля качества будет способствовать расширению сфер применения в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и общепромышленной отраслях. Инновационная экосистема и возможности Канады позволяют ей способствовать развитию 3D-печати металлов во всем мире.

Часто задаваемые вопросы по металлическим порошкам для 3D-печати

Здесь приведены ответы на некоторые распространенные вопросы о металлических порошках для AM:

Вопрос: Какой диапазон размеров частиц рекомендуется для металлических порошков для 3D-печати?

О: Идеальный размер частиц обычно составляет 10-45 мкм. Более мелкие частицы лучше укладываются, но плохо текут, а более крупные ухудшают плотность и качество поверхности.

Вопрос: Насколько сферическими должны быть металлические порошки для процессов AM?

О: Высокая сферичность и гладкая поверхность способствуют текучести и упаковке порошка. Спутники и рыхлые агломераты влияют на эти показатели и должны быть сведены к минимуму.

Вопрос: Для какого процесса 3D-печати металлов требуются наиболее качественные порошки?

О: К лазерной плавке порошка предъявляются самые жесткие требования по характеристикам и консистенции порошка для бесперебойной работы.

Вопрос: Нужно ли сушить металлические порошки перед использованием в 3D-печати?

О: Да, сушка рекомендуется для удаления впитавшейся влаги, которая может вызвать проблемы при обработке. Обычно используется вакуумная сушка или запекание.

Вопрос: Могут ли быть переработаны неиспользованные металлические печатные порошки?

О: Да, неиспользованный порошок обычно можно извлечь, просеять и смешать со свежим порошком для повторного использования, что снижает затраты.

Вопрос: Как обрабатываются металлические порошки с реактивными элементами, такими как титан или алюминий?

О: Для предотвращения окисления или загрязнения необходимо специальное обращение с инертными материалами, например, в перчаточных боксах и герметичных контейнерах.

Вопрос: Каков типичный срок хранения неиспользованных металлических порошков?

О: При правильном хранении в прохладной, сухой, инертной среде порошки могут прослужить несколько лет, прежде чем их свойства ухудшатся. Рекомендуется вести складской учет по принципу "первый пришел - первый ушел" (FIFO).

Вопрос: Нужно ли обращаться с металлическим порошком для АМ как с опасным материалом?

Ответ: Необходимо соблюдать меры предосторожности из-за воспламеняемости и взрывоопасности мелкодисперсных металлических порошков. Необходимо использовать надлежащие средства защиты и соблюдать технику безопасности.

Вопрос: Какие новые порошки сплавов разрабатываются для металлического AM?

О: К числу новых материалов относятся CuNiSi для электрических контактов, FeNiCoTi для мягких магнитов, CoCrFeNi для высокоэнтропийных сплавов, CuCoMnNi для памяти формы.