Selektivt lasersmältningspulver: En komplett guide

Selektiv lasersmältning (SLM) är en additiv tillverkning eller 3D-utskriftsteknik som använder en laser för att smälta samman metallpulver till en solid del lager för lager. Egenskaperna hos den slutliga detaljen bestäms av egenskaperna hos det metallpulver som används. Denna artikel ger en omfattande översikt över SLM-pulver som omfattar sammansättning, egenskaper, tillämpningar, specifikationer, prissättning, för- och nackdelar med mera.

Översikt över selektivt lasersmältningspulver

Selektivt lasersmältningspulver, även kallat SLM-pulver, är det råmaterial som används i den additiva tillverkningsprocessen SLM. SLM använder en högeffektslaser för att smälta och smälta samman pulverformiga metallegeringar till helt täta 3D-delar.

SLM-pulver är fina metallpulver som vanligtvis är mellan 15 och 45 mikrometer stora. De vanligaste SLM-pulvren är legeringar baserade på aluminium, titan, nickel, kobolt och rostfritt stål. Pulverets sammansättning och partikelstorleksfördelning avgör egenskaperna hos de delar som trycks med selektiv lasersmältning.

Att välja rätt SLM-pulver är avgörande för att kunna producera högkvalitativa detaljer med önskade mekaniska egenskaper, precision, ytfinish och mikrostruktur. Den här guiden ger detaljerad information om olika typer av SLM-pulver, deras tillämpningar, specifikationer, priser, för- och nackdelar samt ledande globala leverantörer.

Huvudegenskaper hos SLM-pulver

• Ultrafin pulverstorlek från 15 till 45 mikrometer för exakt lasersmältning
• Sfärisk morfologi för pulverflödesförmåga
• Kemiskt ren sammansättning för att minimera brister
• Kontrollerad partikelstorleksfördelning förhindrar segregering
• Produktionsmetod för atomisering av inert gas
• Legeringstillsatser för att förbättra egenskaperna
• Kan innehålla egenutvecklade ytbeläggningar för att förbättra flöde och smältning

Tabell 1: Typer av selektivt lasersmältningspulver

Sammansättning av SLM-pulver

SLM-pulver är sfäriska metallpulver som tillverkas av olika legeringar med hjälp av gasatomisering. Sammansättningen avgör materialegenskaperna hos de tryckta delarna.

Tabell 2: Sammansättning av vanliga SLM-pulverlegeringar

De viktigaste legeringselementen i SLM-pulver är bl.a:

• Aluminium - sänker smältpunkten, ökar värmeledningsförmågan
• Kisel - Förbättrar flytbarhet och svetsbarhet
• Magnesium - stärkande medel
• Titan - Biokompatibel, hög hållfasthet
• Aluminium - Alfa- och betastabilisator i titanlegeringar
• Vanadin - Betastabilisator i titanlegeringar
• Nickel - Korrosionsbeständighet, duktilitet
• Krom - Oxidations- och korrosionsbeständighet
• Järn - Bidrar till hållfastheten i superlegeringar
• Niob - Förstärkande element i superlegeringar
• Molybden - Förstärkning i fast lösning i superlegeringar
• Kobolt - Förbättrar hållfastheten vid höga temperaturer

Spårföroreningar minimeras för att minska defekter i SLM-tryckta komponenter.

Egenskaper hos SLM-pulver

Egenskaperna hos SLM-pulver har en direkt inverkan på egenskaperna hos 3D-utskrivna delar. De önskade egenskaperna inkluderar god flytbarhet, hög renhet och optimerad partikelstorleksfördelning.

Tabell 3: Viktiga egenskaper hos SLM-pulver

Dessutom har SLM-pulver en optimerad partikelstorleksfördelning med ett snävt intervall för att förhindra segregeringsproblem. De flesta pulver för SLM har D10- och D90-värden inom 10 till 20 mikrometer.

SLM-pulvers egenskaper som pulverbäddens densitet, flytbarhet, spridning och återvinningsbarhet avgör kvaliteten på de tryckta delarna. Pulvren är konstruerade för att balansera dessa faktorer.

Tillämpningar av SLM-pulver

SLM-pulver används för att skriva ut funktionella metalldelar inom en rad olika branscher:

Tabell 4: Användningsområden för pulver för selektiv lasersmältning

De främsta fördelarna med SLM för tillverkning av detaljer är följande:

• Möjlighet att skapa komplexa geometrier som inte är möjliga med gjutning eller maskinbearbetning
• Kundanpassade detaljer på begäran utan hårdbearbetning
• Minskad vikt genom optimering av konstruktioner för funktion
• Konsolidering av sammansättningar till enskilda delar
• Snabb handläggningstid från design till komponent

SLM lämpar sig för tillverkning av metallkomponenter i låga till medelstora volymer inom olika branscher.

Specifikationer för SLM Powders

SLM-pulver måste uppfylla strikta specifikationer när det gäller sammansättning, partikelstorleksfördelning, morfologi, flödesegenskaper, skenbar densitet, föroreningsnivåer och mikrostruktur.

Tabell 5: Typiska specifikationer för pulver för selektiv lasersmältning

Ledande leverantörer av SLM-pulver har egna anläggningar för pulverkarakterisering för att säkerställa att dessa parametrar uppfylls för varje pulverbatch innan leverans till kund.

Prissättning av pulver för selektiv lasersmältning

Kostnaden för SLM-pulver beror på legeringssammansättning, kvalitet, leverantör, inköpskvantitet och geografisk region. Några typiska pulverpriser visas nedan:

Tabell 6: Indikativa prisintervall för populära SLM-pulverlegeringar

Priserna är högst för reaktiva legeringar som titan och lägst för råvarulegeringar som aluminium och rostfritt stål. Aerospace-kvaliteter kostar mer än konventionella legeringar. Rabatter på bulkköp är tillgängliga från leverantörer av SLM-pulver.

Totalt sett utgör materialkostnaden 15-30% av den totala komponentkostnaden för AM av metaller. Själva pulvret står för en stor del av denna materialkostnad. Optimerad återanvändning av osmält pulver bidrar till att sänka den genomsnittliga komponentkostnaden.

Ledande leverantörer av SLM-pulver

Många företag erbjuder gasatomiserade metallpulver som är speciellt framtagna för additiv tillverkning med SLM. Några ledande globala leverantörer är t.ex:

Tabell 7: Större leverantörer av pulver för selektiv lasersmältning

Dessa företag har investerat i atomiseringsteknik och avancerad karakterisering för att säkerställa att SLM-pulver uppfyller strikta krav för 3D-utskrift av högkvalitativa delar. De erbjuder ett brett utbud av materialalternativ som är skräddarsydda för SLM.

För- och nackdelar med SLM-pulver

Tabell 8: Fördelar och begränsningar med pulver för selektiv lasersmältning

Proffs

• SLM-pulvrets fina storlek på 15-45 mikrometer gör det möjligt att skriva ut små detaljer med mycket hög upplösning.
• Sfärisk partikelform och god flytbarhet förhindrar pulveraggregering och matningsproblem under tryckningen.
• Hög kemisk renhet minimerar defekter som inneslutningar och hålrum i tryckta delar.
• Partikelstorleksfördelningen är optimerad för att förhindra segregering och säkerställa en homogen smältning.
• Specialiserade leverantörer konstruerar speciallegeringar med sammansättningar som är skräddarsydda för SLM-applikationer.
• Atomisering med inert gas förhindrar oxidation av pulvret.

Nackdelar

• Det finns färre etablerade legeringar för SLM jämfört med traditionella tillverkningsmetoder.
• Reaktiva legeringar som titan kräver särskild hantering för att förhindra kontaminering, vilket ökar kostnaderna.
• Eftersom SLM-material är fina pulver är de känsliga för fuktabsorption under lagring och hantering.
• Metallpulver medför risker som dammexplosioner och hälsofaror som kräver säkerhetsåtgärder.
• SLM-legeringar kostar betydligt mer än vanliga pulverkvaliteter på grund av den specialiserade produktionsprocessen.
• Vissa legeringar har mycket få leverantörer, vilket begränsar tillgängligheten och materialkvaliteten.
• Osmält pulver kan inte bara kasseras utan måste återanvändas på grund av hållbarhets- och kostnadsfaktorer.

Hur man väljer SLM-pulver

För att välja det optimala SLM-pulvret för en applikation måste man ta hänsyn till faktorer som:

• Delfunktion - Mekaniska krav, påfrestningar, driftförhållanden
• Legeringens egenskaper - Styrka, hårdhet, duktilitet, värmebeständighet
• Behov av efterbearbetning - Svar på värmebehandling, bearbetningsbarhet
• Processfaktorer - Pulverbäddens densitet, laserabsorption, flytbarhet
• Överväganden om kostnader - Materialpris, konsekvenser för utrustning

Delens funktion styr i första hand valet av legering. Kritiska delar med hög belastning kräver pulver som kan uppnå maximal densitet och mekaniska egenskaper. Mindre kritiska prototyptillämpningar tillåter mer flexibilitet.

Processfaktorer som utskriftshastighet, uppnåelig noggrannhet och ytfinish beror också på pulvret. Benchmarking av kandidatmaterial på faktiska skrivare identifierar den bästa matchningen.

Kostnaden spelar en viktig roll. Högpresterande legeringar för flyg- och rymdtillämpningar är mycket dyrare än konventionella legeringar. Unika legeringar kanske bara finns tillgängliga hos en enda leverantör.

En grundlig utvärdering av applikationskraven mot materialegenskaper och kostnader leder till det optimala valet av SLM-pulver.

Hur man förvarar och hanterar SLM-pulver

Noggrann hantering och förvaring av SLM-pulver är avgörande för att förhindra materialnedbrytning och säkerställa högkvalitativa tryckta delar:

• Förvara oöppnade förpackningar svalt och torrt, skyddat från solljus och fukt. Undvik överdriven värme.
• Pulverbehållare får endast öppnas i en inert handskbox med syrehalter under 10 ppm för att förhindra oxidation.
• Överför pulver i en handskbox med korrekt jordning för att undvika statisk uppbyggnad. Använd nitrilhandskar.
• Förslut behållarna väl under förvaring. Använd endast originalförpackningar, inte plastpåsar.
• För stora volymer, förvara pulvret i maskiner med integrerade inertgassystem.
• Före återanvändning ska pulvret siktas genom rekommenderade maskstorlekar för att bryta upp agglomerat och avlägsna föroreningar.
• Använd pulvertorkugnar och termiska vakuumavgasare för att sänka fuktnivåerna vid behov.
• När du kasserar använt pulver, blöt det med vatten för att förhindra luftburna dammrisker och kassera det som farligt avfall.
• Följ alla säkerhetsföreskrifter för hantering av fina metallpulver, inklusive personlig skyddsutrustning och förebyggande av explosion.

Korrekt pulverhantering upprätthåller enhetligheten mellan olika tryckningar och gör det möjligt att återanvända upp till 80-90% osmält pulver. Detta maximerar utbytet samtidigt som det minimerar råvarukostnaderna.

Selektivt lasersmältningspulver FAQ

F: Vad är det typiska partikelstorleksintervallet för SLM-pulver?

S: De flesta SLM-pulver har en storlek på mellan 15-45 mikrometer, med majoriteten av partiklarna i intervallet 20-35 mikrometer. Finare pulver förbättrar upplösningen medan större storlekar försämrar detaljrikedomen och noggrannheten.

Q: Hur produceras SLM-pulver?

S: SLM-pulver tillverkas genom atomisering med inert gas där den smälta legeringsströmmen bryts ned i droppar som stelnar till sfäriska partiklar. På så sätt undviks oxidation av pulvret.

F: Vad menas med "skenbar densitet" och "tappdensitet" för pulver?

S: Skenbar densitet är den bulkdensitet som mäts under normala förhållanden. Tappdensitet är den ökade densitet som uppnås efter mekanisk tappning av ett pulverprov för att komprimera det. Högre densitet förbättrar pulverbäddens egenskaper.

Q: Varför är flödesegenskaper viktiga för SLM-pulver?

A: Bra pulverflöde och spridningsförmåga säkerställer enhetliga lager för jämn smältning och förhindrar aggregeringsproblem. Sfäriska partiklar förbättrar flödet jämfört med oregelbundna former.

F: Hur återanvänds SLM-pulver efter tryckning?

S: Osmält pulver siktas för att bryta upp agglomerat, vakuumtorkas för att minska fukten och blandas med färskt pulver före återanvändning. Detta möjliggör återvinningsgrader över 80%.

F: Vilka säkerhetsåtgärder krävs vid hantering av SLM-pulver?

A: Metallpulver utgör explosions-, brand- och hälsorisker. Använd lämplig personlig skyddsutrustning, tillräcklig ventilation, korrekt jordning och handskboxar med inert gas. Häll aldrig pulver i öppen luft.