Порошок никелевого сплава для 3d-печати

Все, что нужно знать о порошке никелевого сплава для 3d-печати

графитовый порошок с никелевым покрытием

Обзор порошка никелевого сплава для 3D-печати

3D-печать, также известная как аддитивное производство3D-печать произвела революцию в проектировании и производстве изделий в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, медицинская и производство потребительских товаров. В отличие от традиционного субтрактивного производства, при котором материал удаляется, при 3D-печати компоненты создаются послойно на основе цифровой 3D-модели.

Одной из наиболее популярных технологий 3D-печати металлов является технология порошкового наплавления, при которой источник тепловой энергии выборочно сплавляет участки порошкового слоя. Непревзойденная свобода проектирования, соотношение "цена-качество" и экономичность производства сложных деталей обусловили широкое распространение технологий с порошковым слоем, таких как селективное лазерное плавление (SLM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и электронно-лучевое плавление (ЭЛП).

Никелевые сплавы - это универсальный класс материалов, обладающих такими свойствами, как высокая прочность, коррозионная стойкость и жаропрочность, что делает их идеальными кандидатами для 3D-печати. Наиболее распространенные порошки никелевых сплавов, используемые при порошковом наплавлении, включают суперсплавы Inconel, нержавеющие стали, Hastelloys, Nimonics, Kovar, Invar, Monel, никель-титановые сплавы и суперсплавы на основе никеля.

Состав порошков никелевых сплавов

Свойства никелевых сплавов определяются их элементным составом и микроструктурой. Содержание никеля в различных сплавах варьируется от 2% до 99%. Никель придает сплавам такие свойства, как коррозионная стойкость, стойкость к окислению и высокотемпературная прочность. Легирующие элементы добавляются для улучшения конкретных характеристик в зависимости от области применения.

Порошковые композиции на основе никелевых сплавов

Семейство сплавовСодержание никеляЛегирующие элементы
Inconel30-80%Cr, Mo, Nb, Ta, Al, Ti, Fe
Нержавеющая сталь2-20%Cr, Mo, Mn, Si, C
Хастеллой35-60%Mo, Cr, W, Fe, Co
NimonicБолее 50%Cr, Ti, Al, Mo
Ковар17%Fe, Co, Mn, Si
Invar36%Fe
MonelБолее 67%Cu, Fe, Mn, Si, C
Никель-титан55% Ni, 45% Ti
Никелевые суперсплавыБолее 50%Cr, Co, Mo, W, Ta, Al, Ti, Nb

Содержание хрома в нержавеющих сталях и никелевых суперсплавах повышает стойкость к окислению и коррозии. Молибден, вольфрам и тантал повышают прочность при ползучести и механические свойства при высоких температурах. Железо в таких сплавах, как ковар и инвар, регулирует тепловое расширение. Алюминий, титан и ниобий добавляются для упрочнения осаждением. Марганец улучшает пластичность в горячем состоянии, а углерод повышает прочность и твердость. Кремний улучшает текучесть и свариваемость.

Понимание того, как легирование влияет на формирование микроструктуры и свойства, помогает выбрать оптимальный материал для конкретной задачи. Правильная характеризация и квалификация состава и качества порошка имеет решающее значение перед печатью критически важных компонентов.

Уникальные свойства никелевых сплавов, полученных из оптимизированных порошков, позволяют использовать их в различных областях применения и в экстремальных условиях. В таблице ниже приведены общие свойства для распространенных семейств сплавов.

Свойства семейств порошковых никелевых сплавов

Семейство сплавовПлотностьТемпература плавленияПрочность на разрывТеплопроводностьТепловое расширениеУстойчивость к окислениюКоррозионная стойкость
Inconel8,2-8,4 г/куб. см1300-1450°C750-1380 МПа11-16 Вт/мК12-16 мкм/м°СОтличныйОтличный
Нержавеющая сталь7,5-8,1 г/куб. см1375-1500°C450-1100 МПа15-30 Вт/мК10-18 мкм/м°СХорошийХорошо-отлично
Хастеллой8,1-9,2 г/куб. см1260-1350°C550-1000 МПа6-22 Вт/мК12-16 мкм/м°СХорошо-отличноОтличный
Nimonic8,1-8,7 г/куб. см1260-1400°C500-1200 МПа10-30 Вт/мК12-17 мкм/м°СХорошийХороший
Ковар8,2 г/куб. см1450°C550 МПа17 Вт/мК5,9 мкм/м°СБедныйБедный
Invar8 г/куб. см1427°C200-450 МПа10,5 Вт/мК1,2 мкм/м°СЯрмаркаЯрмарка
Monel8,8 г/куб. см1350-1370°C550-950 МПа21-48 Вт/мК13-17 мкм/м°СЯрмаркаОтличный
Никель-титан6,4 г/куб. см1240-1310°C600-900 МПа8-18 Вт/мК11 мкм/м°СЯрмаркаОтличный
Никелевые суперсплавы8-9 г/куб. см1260-1350°C750-1400 МПа11-61 Вт/мК12,5-17 мкм/м°СХорошо-отличноFair-Good

Высокая температура плавления никелевых сплавов предотвращает деформацию деталей в процессе обработки. Прочность в широком диапазоне температур позволяет использовать их в несущих конструкциях. Контролируемое тепловое расширение позволяет изготавливать прецизионные детали с жесткими допусками. Отличная стойкость к коррозии и окислению позволяет использовать детали в жестких условиях, например в морской, химической, нефтегазовой промышленности.

Путем подбора состава порошка и параметров процесса можно оптимизировать свойства материала в соответствии с требованиями проекта. Однако анизотропная природа аддитивного производства может привести к тому, что свойства будут зависеть от направления. Правильное проектирование и контроль качества являются ключевыми факторами для достижения требуемых характеристик.

Универсальность никелевых сплавов позволяет использовать их в различных областях аэрокосмической, оборонной, автомобильной, морской, нефтегазовой, химической, энергетической, медицинской, инструментальной и других областях общего машиностроения.

Промышленность Области применения порошка никелевого сплава Семьи

Семейство сплавовОтраслевые применения
InconelАэрокосмическая, оборонная, автомобильная, химическая промышленность, нефтегазовая, энергетическая, ракетная, ракетно-ядерная
Нержавеющая стальАэрокосмическая, оборонная, автомобильная, медицинская, морская, архитектурная, химическая, пищевая промышленность, оснастка, пресс-формы
ХастеллойАэрокосмическая, оборонная, химическая промышленность, борьба с загрязнениями, энергетика, нефть и газ
NimonicАэрокосмическая, оборонная промышленность, энергетика, химическая обработка, инструментальная оснастка
КоварЭлектроника, полупроводники, интегральные схемы, упаковка
InvarЭлектроника, оптика, точные приборы, аэрокосмическая промышленность
MonelМорская, нефтегазовая, химическая промышленность, энергетика, целлюлозно-бумажная промышленность
Никель-титанМедицинские приборы, приводы, датчики, аэрокосмическая промышленность, нефть и газ
Никелевые суперсплавыАэрокосмическая промышленность, оборонная промышленность, энергетика, нефтегазовая промышленность, автомобилестроение, инструментальная промышленность

Примерами деталей из никелевых сплавов, изготовленных методом 3D-печати, являются:

  • Аэрокосмическая промышленность: Лопатки турбин, сопла, камеры сгорания, клапаны, кронштейны, термогидрокомпоненты
  • Автомобили: Роторы турбокомпрессоров, коллекторы, клапаны, детали трансмиссии
  • Медицина: имплантаты, протезы, хирургические инструменты, устройства, специфичные для пациента
  • Нефть и газ: Скважинный инструмент, арматура, устьевые компоненты, трубопроводная арматура
  • Инструментальная оснастка: Пресс-формы для литья под давлением, экструзионные штампы, оснастка и приспособления, пресс-инструмент
  • Общие сведения: Теплообменники, детали для обработки жидкостей, крепеж, корпуса, кожухи

Превосходные свойства материалов, сложные геометрические формы, сокращение сроков изготовления, снижение стоимости и гибкость конструкции, обеспечиваемые 3D-печатью никелевых сплавов, делают их весьма привлекательным вариантом для многих ответственных применений.

В продаже имеются порошки никелевых сплавов с различным распределением по размерам, морфологией и уровнем качества, соответствующим требованиям 3D-печати. Общие характеристики приведены ниже:

Типовые характеристики порошка никелевого сплава

НедвижимостьТиповые значения
Состав сплаваНестандартные сплавы, марки согласно ASTM/ASME
Форма частицСферические, близкие к сферическим
Размер частиц10-45 мкм
Распределение частиц по размерамD10: 15-25 мкм, D50: 25-35 мкм, D90: 35-45 мкм
Кажущаяся плотность2,5-5,5 г/куб. см
Плотность отвода4-8 г/куб. см
ТекучестьПревосходное исполнение по расходомеру Холла
Остаточный кислород100-400 стр.
Остаточный азот50-150 стр.
Остаточный углерод100-300 стр.

Сферическая морфология и узкий гранулометрический состав со значениями D10, D50 и D90 в идеальных диапазонах для конкретного процесса печати позволяют достичь хорошей плотности и механических свойств. Высокая текучесть предотвращает агломерацию порошка и проблемы с его распределением при повторном нанесении. Низкое содержание остаточного кислорода, азота и углерода минимизирует загрязнение и пористость.

Качество порошка, его размер и другие характеристики существенно влияют на свойства конечной детали и должны соответствовать требованиям принтера и области применения. Большинство поставщиков предлагают индивидуальные составы сплавов и оптимизацию частиц для удовлетворения спецификаций пользователя.

Наиболее распространенные методы аддитивного производства, используемые для обработки порошков никелевых сплавов, включают в себя:

Процессы порошковой печати на никелевых сплавах

МетодОписание
Селективное лазерное плавление (SLM)Сплавление порошкового слоя сфокусированным лазерным лучом
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)Аналогично SLM, но лазер меньшей мощности
Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)Порошковый слой, оплавленный электронным пучком в вакууме
Лазерное осаждение металлов (LMD)Порошок впрыскивается в расплавленный бассейн, созданный лазером
Направленное энергетическое осаждение (DED)Аналогично LMD с подачей порошка или проволоки
Струйная обработка вяжущегоЖидкое связующее вещество, избирательно наносимое на слой порошка

В SLM и DMLS используется лазер с высокой плотностью мощности для полного послойного расплавления металлического порошка в плотные детали. В EBM в качестве источника энергии используется электронный луч, позволяющий создавать детали в вакууме. При ЛМД с проволочной подачей металлическая проволока расплавляется с помощью сфокусированного лазера. При струйной печати жидким связующим для формирования детали с последующим спеканием.

Выбор конкретной технологии зависит от таких факторов, как размер детали, сложность геометрии, качество обработки поверхности, разрешение, скорость производства и стоимость. Каждый процесс требует оптимизации настроек и параметров принтера в соответствии с составом порошкового сплава.

Технологические параметры порошка никелевого сплава

К критическим параметрам принтера для никелевых сплавов, требующим оптимизации с точки зрения плотности, прочности, точности и качества поверхности, относятся:

Типовые параметры процесса SLM/DMLS

ПараметрТиповой диапазон
Толщина слоя20-60 мкм
Мощность лазера100-400 W
Скорость сканирования400-1200 мм/с
Расстояние между люками80-200 мкм
Размер балки50-200 мкм
Стратегия сканированияШахматка, полоска, контур
Структура поддержкиРегулярные, фрагментированные, гибридные

Типовые параметры процесса EBM

ПараметрТиповой диапазон
Толщина слоя50-200 мкм
Мощность электронного пучка3-15 кВт
Функция скорости20-200 мм/с
Смещение линии0,1-0,3 мм
Смещение фокуса15-35 мА
Стратегия сканированияОднонаправленные, двунаправленные
Структура поддержкиОбычные, тяжелые

Меньшая толщина слоя и размер луча в сочетании с более высокой скоростью сканирования повышают разрешение, точность и качество обработки поверхности. Обычно используются шахматные или полосовые схемы сканирования. Контуры по периметру улучшают качество кромок. Оптимизированные опорные конструкции предотвращают деформацию, но легче удаляются. Предварительный нагрев и рециркуляция порошка позволяют повысить плотность и качество материала.

Аддитивное производство с использованием оптимизированных порошков никелевых сплавов имеет много преимуществ по сравнению с традиционным производством:

  • Свобода проектирования: Сложные геометрические формы, невозможные при механической обработке
  • Снижение веса: Облегчение компонентов за счет оптимизации топологии
  • Объединение частей: Уменьшение объема сборки за счет печати сложных форм
  • Персонализация: Соответствующие пациенту медицинские изделия, оснастка
  • Сокращение отходов: Используется только необходимый объем материала
  • Сокращение времени выполнения заказа: Недели против месяцев для изготовления производственной оснастки
  • Гибкость процесса: Простота итераций и оптимизации конструкции
  • Преимущества производительности: Анизотропная прочность, встроенные функции
  • Снижение затрат: Исключение затрат на оснастку, малосерийное производство
  • Соотношение покупки и полета: Печать только конечной детали по сравнению с обработкой из блока

3D-печать расширяет возможности проектирования и позволяет создавать новые детали из никелевых сплавов, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготавливать традиционными методами. Это революционизирует производство в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и других отраслях промышленности.

В настоящее время большинство крупных производителей металлических порошков предлагают ряд порошков никелевых сплавов, оптимизированных для аддитивного производства. К числу ведущих поставщиков относятся:

Основные поставщики порошков никелевых сплавов

ПоставщикОсновные марки сплавов
Met3DPИнконель 625, 718, Хастеллой X, нержавеющие стали
SandvikНержавеющие стали, суперсплавы, титановые сплавы
PraxairИнконель 718, 625, Хастеллой X, нержавеющие стали
AP&CИнконель 718, 625, нержавеющие стали
Технология LPWИнконель 718, нержавеющие стали, никелевые суперсплавы
Решения SLMНержавеющая сталь 316L, 17-4PH, никелевые суперсплавы
GE AdditiveНержавеющая сталь 316L, Inconel 718, 625, Hastelloy

Поставщики предлагают различные распределения по размерам, отличную текучесть порошка, низкое содержание кислорода и влаги, возможность отслеживания партии, а также индивидуальные сплавы, соответствующие технологическим и прикладным требованиям. Большинство из них предоставляют специализированную характеристику для обеспечения стабильно высокого качества порошка.

Ниже приведена средняя стоимость порошков распространенных никелевых сплавов:

Стоимость порошка никелевого сплава

МатериалСтоимость за кг
Инконель 718$75-150
Инконель 625$60-120
Нержавеющая сталь 316L$35-70
Нержавеющая сталь 17-4PH$45-90
Хастеллой X$85-170
Никелевые суперсплавы$90-200

Высокоэффективные сплавы, такие как Inconel 718 и Hastelloy X, стоят дороже, в то время как нержавеющие стали, как правило, являются самым дешевым вариантом. Однако стоимость материала - это лишь один из компонентов общей стоимости детали. Дополнительные преимущества, связанные с гибкостью конструкции, эксплуатационными характеристиками и сокращением времени изготовления, часто компенсируют более высокие цены на порошок при небольших объемах производства.

Покупка порошка в оптовых количествах позволяет снизить затраты. Многие поставщики также предлагают услуги по повторному использованию и переработке порошка. В целом при выборе подходящего порошка никелевого сплава покупатель должен оценить общие затраты, включая трудозатраты, последующую обработку, использование материала, механические свойства и другие факторы.

Оптовая цена: $20/кг-$200/кг

Отображение 1–15 из 17

Часто задаваемые вопросы о металлических порошках для 3D-печати

Как можно связаться со службой поддержки клиентов Metal3DP?

Мы обеспечиваем круглосуточную поддержку клиентов. На странице "Контакты" можно найти контактную информацию, включая телефон, электронную почту и онлайн-чат.

Мы предлагаем различные высококачественные металлические порошки, включая нержавеющую сталь, высокотемпературные сплавы, пригодные для таких процессов, как лазерная и электронно-лучевая плавка в порошковом слое.

Обладая обширным опытом аддитивного производства металлов, мы используем передовые технологии и строгий контроль качества для обеспечения механических свойств и качества поверхности деталей.

Наши устройства находят широкое применение в таких отраслях, как аэрокосмическая, медицинская, автомобильная и другие, обеспечивая решения для изготовления высокопроизводительных металлических компонентов.

Да, мы предоставляем услуги по легированию под заказ для удовлетворения специфических требований клиентов к материалам.

Наши системы SEBM позволяют изготавливать сложные металлические детали с исключительными механическими свойствами. К основным характеристикам относятся лучшие в отрасли объем сборки, точность и надежность.

Да, на нашем сайте представлен широкий спектр прикладных примеров, демонстрирующих успешные внедрения технологии Metal3DP в различных отраслях промышленности.

Свяжитесь с нами, и наши специалисты предложат Вам индивидуальные решения и планы совместной работы в соответствии с Вашими потребностями.

Сроки выполнения заказных услуг зависят от сложности проекта. Мы предоставим точные сроки поставки в соответствии с вашими требованиями.

Мы специализируемся на селективном лазерном спекании (SLS), селективном лазерном плавлении (SLM), селективном электронно-лучевом плавлении (SEBM) и других технологиях 3D-печати.

ОТПРАВИТЬ НАМ

Задать другой вопрос?

Если Вы не нашли ответа на свой вопрос в нашем FAQ, Вы всегда можете оставить нам сообщение. Мы ответим Вам в ближайшее время.

Для заполнения данной формы включите JavaScript в браузере.

ПОДОЖДИТЕ НАС

Следующий шаг

01. Мы подготовим предложение

Необходимый объем, сроки и АПР. Цена будет указана, если вы предоставите нам подробную информацию о проекте.

02. Обсудить вместе

Давайте познакомимся и обсудим все возможные варианты и опции

03. Начнем строить

Когда контракт подписан и все цели определены, можно начинать первый спринт.