Metallpulver för 3D-utskrift i Kanada

Översikt över metallpulver för 3D-utskrift

3D-utskrifter, även kända som additiv tillverkninghar revolutionerat tillverkningsprocesserna för prototyper och produktionstillämpningar. Till skillnad från traditionella subtraktiva tekniker som avlägsnar material, bygger 3D-printing upp komponenter lager för lager utifrån en digital 3D-modell.

3D-printing i metall öppnar i synnerhet upp för möjligheten att tillverka komplicerade, lätta geometrier med hög hållfasthet och värmebeständighet med hjälp av olika legeringspulver. Det fina metallpulvret smälts selektivt av en värmekälla som en laser- eller elektronstråle för att smälta samman skikten.

Kanada håller på att utvecklas till ett ledande nav för 3D-printing i metall, med materialleverantörer, servicebyråer och tillverkare av slutanvändningsdelar som använder tekniken. Den här artikeln ger en omfattande översikt över metallpulver som används för 3D-utskriftstillämpningar i Kanada.

Olika typer av metallpulver som används vid 3D-utskrift

Flera legeringar används för att skapa 3D-printade delar i metall, bl.a:

De vanligaste metallpulvermaterialen som används vid 3D-utskrifter för närvarande är rostfritt stål, titanlegeringar, nickel-superlegeringar och kobolt-kromlegeringar. Valet beror på mekaniska krav, korrosionsbeständighet, högtemperaturprestanda, vikt, biokompatibilitet och kostnad.

Metoder för framställning av metallpulver

Metallpulver kan framställas med olika metoder som var och en resulterar i pulver med olika egenskaper som lämpar sig för AM-processer:

• Atomisering av gas - Högtrycksgas bryter upp smält metallström i fina droppar som stelnar till sfäriska partiklar som är idealiska för 3D-utskrift
• Atomisering av vatten - Billigare men ger mer oregelbundet formade partiklar
• Plasmaatomisering - Gör att reaktiva legeringar som titan och aluminium kan finfördelas i en inert atmosfär
• Smältgasatomisering med elektrodinduktion (EIGA) - Kombinerar induktionssmältning och gasatomisering för små kvantiteter av speciallegeringar
• Mekanisk fräsning/legering - Kulfräsning av metallpulver för att erhålla specifika mikrostrukturer och partikelformer

Atomiseringstekniker möjliggör exakt kontroll av pulversammansättning, morfologi, kornstruktur, partikelstorleksfördelning och flödesegenskaper som krävs för 3D-utskrivna delar av hög kvalitet.

Specifikationer för metallpulver

Metallpulver som används i additiv tillverkning måste uppfylla strikta specifikationer för:

• Partikelstorlek - Vanligtvis 10 till 45 mikrometer
• Morfologi - Sfäriska, satellitfria partiklar ger bra flöde och tät packning
• Kemisk sammansättning - Tät kontroll för att uppnå önskade mekaniska egenskaper
• Mikrostruktur - Beror på stelningshastigheten under finfördelningen
• Flödesegenskaper för pulver - Påverkar jämnheten i spridningen under tryckningen

Att upprätthålla enhetlighet i dessa pulveregenskaper är avgörande för felfria, tillförlitliga 3D-utskrivna metallkomponenter.

Leverantörer av metallpulver i Kanada

Kanada har ett växande antal företag som tillverkar och levererar metallpulver till AM-industrin:

Ledande leverantörer av metallpulver i Kanada

Dessa stora metallpulvertillverkare har etablerat verksamhet i Kanada för att vara nära den växande marknaden. De erbjuder ett brett sortiment av legeringar som uppfyller kraven för 3D-utskriftstillämpningar inom flyg, medicin, fordon och industri.

Dessutom finns det i Kanada tillverkare av specialiserade metallpulver som Nanosteel, Quebec Metal Powders och GKN Powder Metallurgy, som fokuserar på speciallegeringar. Universitet som McGill, UBC och Waterloo har också kapacitet för pulverproduktion i forskningssyfte.

Kostnad för metallpulver

Metallpulver utgör en betydande del av driftskostnaderna för metall AM. Priserna varierar kraftigt beroende på sammansättning, kvalitetskrav och inköpsvolymer:

Pulver av rostfritt stål och låglegerat stål är de mest ekonomiska, medan titan-, nickel- och koboltlegeringar som används i kritiska applikationer är mycket dyrare.

Pulver av hög kvalitet som uppfyller strikta specifikationer för flyg- och rymdindustrin samt för medicinska ändamål kräver premiumpriser. Anpassade legeringar och inköp av små partier ökar också kostnaderna avsevärt. Återanvändning av överdimensionerade och återvunna pulver bidrar till att sänka kostnaderna.

Sammantaget sjunker pulverkostnaderna i takt med att produktionen skalas upp. Men materialkostnaderna är fortfarande en begränsande faktor, särskilt för små inköpare. Större inköpare har större möjligheter att få rabatter från metallpulverproducenter.

Tillämpningar av 3D-utskrift i metall i Kanada

Additiv tillverkning av metall blir allt vanligare inom flera branscher i Kanada:

Flyg- och rymdindustrin

• Komplexa komponenter i titan- och nickellegeringar som kanaler, höljen, strukturella beslag
• Lättare geometrier för bränsleeffektivitet
• Minskat antal delar - sammansatta enheter konsoliderade till en del
• Specialanpassade reparationer och reservdelar till äldre flygplan

Medicinsk

• Ortopediska implantat som höft-, knä- och ryggradsimplantat i titan och koboltkrom
• Patientspecifika implantat som matchas till anatomin med 3D-skanningar
• Porösa strukturer för att främja bentillväxt
• Skärhjälpmedel och kirurgiska verktyg tryckta på begäran

Fordon

• Lättviktsdelar i aluminium och titan
• Kundanpassade verktyg som jiggar, fixturer, gripdon
• Lågvolymsproduktion av fästen, höljen, grenrör
• Anpassade tillbehör och tuningkomponenter för eftermarknaden

Olja och gas

• Komponenter i rostfritt stål för ventiler, pumpar och armaturer
• Korrosionsbeständiga delar i nickellegering för utrustning till borrhål
• Anpassade reservdelar för offshore-plattformar

Konsumentvaror

• Kundanpassade produkter som smycken, figurer, hårdvara tryckta i ädelmetaller
• Premiumprodukter i rostfritt stål i begränsad upplaga, t.ex. klockor, pennor och skulpturer
• Skräddarsydd ortodonti, tandimplantat och protetiska komponenter

Dessa industrier använder sig av metall AM i Kanada för dess designfrihet, konsolidering av delar, lättvikt, prestandaförbättringar, massanpassning och digitala lagerfunktioner.

Tjänsteleverantörer för 3D-utskrift i metall i Kanada

Tillsammans med leverantörer av reservdelar har Kanada ett starkt nätverk av specialiserade servicebyråer med inriktning på additiv tillverkning av metall:

Ledande servicebyråer för 3D-utskrifter i metall i Kanada

Dessa servicebyråer vänder sig till kunder inom flyg, medicin, fordon och industri i hela Kanada och ger tillgång till en mängd olika AM-tekniker för prototyper och produktionsbehov. Deras expertis och avancerade utrustning bidrar till att göra 3D-utskrifter i metall av hög kvalitet tillgängliga för kanadensiska företag som vill börja använda AM.

Trender och utsikter för Metal AM i Kanada

Kanada har byggt upp en stark leveranskedja för metallpulver, ett nätverk av servicebyråer och en slutanvändarbas inom flyg- och medicinindustrin. Några viktiga trender som formar tillväxten av 3D-utskrifter i metall i Kanada inkluderar:

• Ökad användning av AM-teknik av ledande flyg- och rymdföretag som Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
• Finansiering av AM-forskning i metall vid kanadensiska universitet och statliga laboratorier
• Internationella pulverleverantörer etablerar sig i Kanada för att ta del av den växande marknaden
• Framväxt av Kanada-baserade metallpulverproducenter med fokus på nischlegeringar
• Expansion av servicebyråer till volymproduktion av komponenter för slutanvändning
• Fler små och medelstora företag utforskar AM för lättvikt, kundanpassning och konsoliderade monteringar
• Regerings- och branschsamarbete genom organisationer som CRIAQ, NGen, CAMX
• Utveckling av processkontroller och standarder som är specifika för AM i metall
• Hybridtillverkning som kombinerar metall-AM med subtraktiv CNC-bearbetning
• Simuleringar och programvara för arbetsflöden som förbättrar kvalitet och repeterbarhet

Med ett allt större intresse från både etablerade och nya aktörer är additiv tillverkning av metall i Kanada redo för en fortsatt stark tillväxt. Fortlöpande förbättringar av material, processer, designverktyg och kvalitetskontroll kommer att bidra till att utöka tillämpningarna inom rymd-, medicin-, fordons- och allmänna industrisektorer. Kanadas innovationsekosystem och kapacitet gör landet väl positionerat för att bidra till att driva framstegen inom 3D-printing av metall globalt.

Vanliga frågor om metallpulver för 3D-utskrift

Här finns svar på några vanliga frågor om metallpulver för AM:

F: Vilket partikelstorleksintervall rekommenderas för 3D-printingpulver för metall?

S: Den ideala partikelstorleken är vanligtvis 10-45 mikrometer. Finare partiklar packar bättre men flyter dåligt, medan grövre partiklar försämrar densiteten och ytfinishen.

F: Hur sfäriska bör metallpulver vara för AM-processer?

A: Hög sfäricitet och slät yta underlättar pulverflöde och packning. Satelliter och lösa agglomerat påverkar dessa och bör minimeras.

F: Vilken 3D-utskriftsprocess för metall kräver pulver av högsta kvalitet?

A: Laserpulverbäddsfusion har de strängaste kraven på pulveregenskaper och konsistens för smidig drift.

F: Bör metallpulver torkas före användning vid 3D-utskrift?

S: Ja, torkning rekommenderas för att avlägsna eventuell absorberad fukt som kan orsaka problem under bearbetningen. Vakuumtorkning eller bakning används ofta.

F: Kan oanvända metalltryckpulver återvinnas?

S: Ja, oanvänt pulver kan vanligtvis återvinnas, siktas och blandas med nytt pulver för återanvändning, vilket minskar kostnaderna.

F: Hur hanteras metallpulver med reaktiva grundämnen som titan eller aluminium?

S: Specialiserad inert hantering som handskboxar och förseglade behållare behövs för att förhindra oxidation eller kontaminering.

F: Vad är den typiska hållbarheten för oanvända metallpulver?

S: Om pulvret förvaras på rätt sätt i en sval, torr och inert miljö kan det hålla i flera år innan egenskaperna försämras. Lagerhållning enligt FIFO-principen (först in, först ut) rekommenderas.

F: Måste metallpulver för AM hanteras som ett farligt material?

A: Försiktighetsåtgärder krävs på grund av brand- och explosionsrisker från fina metallpulver. Korrekt skyddsutrustning och säkerhetsprocedurer är ett måste.

Q: Vilka är de nya legeringspulver som utvecklas för metall-AM?

A: CuNiSi för elektriska kontakter, FeNiCoTi för mjukmagneter, CoCrFeNi för legeringar med hög entropi, CuCoMnNi för formminne är några nya material.