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

Typ av pulver	Vanliga legeringar	Egenskaper
Aluminium	AlSi10Mg, AlSi12, AlSi7Mg0,6	Låg densitet, god värmeledningsförmåga
Titan	Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, TiAl	Hög hållfasthet, biokompatibel
Nickel	Inconel 718, Inconel 625	Värme- och korrosionsbeständighet
Kobolt Krom	CoCr, CoCrMo	Biokompatibel, hög hårdhet
Verktygsstål	H13, Maråldrat stål	Hög hårdhet, slitstyrka
Rostfritt stål	316L, 17-4PH, 420	Korrosionsbeständighet, hög hållfasthet

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

Legering	Typisk sammansättning
AlSi10Mg	90% Al, 10% Si, 0,5% Mg
Ti6Al4V	90% Ti, 6% Al, 4% V
Inconel 718	50% Ni, 19% Cr, 18% Fe, 5% Nb
CoCrMo	60% Co, 30% Cr, 7% Mo
316L rostfritt stål	70% Fe, 17% Cr, 12% Ni, 2% Mo

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

Fastighet	Typiskt intervall	Betydelse
Partikelstorlek	15 - 45 mikrometer	Detaljrikedom, upplösning
Partikelns form	Sfärisk	Förbättrar flytbarheten
Flytbarhet	Utmärkt	Förhindrar agglomerering av pulver
Skenbar densitet	Över 50% teoretisk densitet	Förbättrar laserabsorption, förtätning
Tappdensitet	Upp till 65% teoretisk densitet	Indikation på flytbarhet, packningstäthet
Resterande syre	<0,1 wt%	Förhindrar oxidationsdefekter
Återstående kväve	<0,04 wt%	Förhindrar nitridinneslutningar
Återstående kol	<0,03 wt%	Förhindrar utfällningar av karbid

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

Industri	Vanliga tillämpningar	Typiska material som används
Flyg- och rymdindustrin	Turbinblad, munstycken till raketer	Inconel, titan
Fordon	Lättviktsdelar, anpassade geometrier	Aluminium, verktygsstål
Medicinsk	Tandproteser, implantat, kirurgiska verktyg	Titan, koboltkrom
Allmän teknik	Snabba prototyper, verktyg, delar för slutanvändning	Rostfritt stål, verktygsstål

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

Parameter	Typisk specifikation	Testmetod
Pulversammansättning	Inom gränserna för legeringsspecifikationerna	ICP-OES kemisk analys
Partikelstorlek	D10: 10-25 μm <br> D50: 20-35 μm <br> D90: 30-45 μm	Laserdiffraktion
Partikelns form	>80% sfäriska, minimala satelliter	SEM-avbildning
Skenbar densitet	>50% av legeringens teoretiska densitet	Hall-flödesmätare
Tappdensitet	Upp till 65% teoretisk densitet	Tappdensitetstestare
Flytbarhet	Repositionsvinkel <30°.	Hall-flödesmätare
Resterande syre	<0,1 wt%	Fusionsanalys med inert gas
Återstående kväve	<0,04 wt%	Fusionsanalys med inert gas
Återstående kol	<0,03 wt%	Infraröd detektering av förbränning

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

Legering	Pris per kg
AlSi10Mg aluminiumlegering	$50 – $120
Titanlegering Ti6Al4V	$350 – $600
Inconel 718	$150 – $250
Rostfritt stål 316L	$50 – $100
Kobolt krom	$110 – $250

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

Företag	Huvudkontor	Viktiga legeringar
AP&C	Kanada	Ti, Al, Co-legeringar
Snickare Tillsats	USA	Legeringar av Ti, Al, Co, Cu
EOS	Tyskland	Legeringar av Ti, Al, Ni
Sandvik Osprey	STORBRITANNIEN	Ti, Al, Ni, rostfritt, verktygsstål
SLM-lösningar	Tyskland	Legeringar av Ti, Al, Ni, Co
Linde	Tyskland	Ti, Al, rostfritt, verktygsstål
Praxair	USA	Legeringar av Ti, Co, Ni
LPW-teknik	STORBRITANNIEN	Ti, Al, CoCr, Inconel

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	Nackdelar
Mycket fin storlek för hög upplösning	Begränsade legeringsalternativ jämfört med gjutning/maskinbearbetning
Bra flödesegenskaper	Reaktiva legeringar som Ti är benägna att förorenas
Sfärisk morfologi med få satelliter	Fuktkänslighet kräver noggrann hantering
Kemiskt ren för att minimera defekter	Metallpulver utgör hälsorisker
Kontrollerad partikelstorleksfördelning	Högre kostnad än standardpulver
Speciallegeringar utformade för SLM	Begränsade leverantörer och begränsad tillgång till vissa legeringar
Atomisering med inert gas förhindrar oxidation	Oanvänt pulver måste återanvändas istället för att kastas

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.

Additional FAQs about Selective Laser Melting Powder

1) How should I set reuse limits for Selective Laser Melting Powder without degrading properties?

• Track O/N/H and PSD per lot. Typical practice: blend 20–50% virgin with recycled powder and cap total reuse at 3–8 cycles depending on alloy (Ti lowest, SS highest). Reject lots if oxygen rises >0.03 wt% over baseline (Ti) or D90 drifts beyond machine spec.

2) What powder metrics correlate most with PBF-LB print stability?

• Sphericity (>0.95), low satellites count, narrow PSD targeting 15–45 µm, Hall flow 12–20 s/50 g, apparent density stability (±0.1 g/cc), and O/N/H within spec. Consistent layer density and low moisture are critical for uniform melt pools.

3) How do I choose between gas atomized vs Plasma Rotating Electrode Process (PREP) powders?

• Gas atomization offers broad availability and lower cost. PREP yields ultra-spherical, satellite-free powders with very low oxides—preferred for fatigue-critical Ti/Ni parts and EBM—at higher cost. Validate with HIP + fatigue data.

4) Which environmental controls matter most during handling?

• Maintain low O2/H2O in hoppers and build chambers (e.g., O2 < 100 ppm for Ti, <500 ppm for steels), dry room or desiccant storage (<5% RH), pre-bake powder if needed, and use grounded, closed transfer to prevent static and contamination.

5) What acceptance tests should be on the Certificate of Analysis (CoA)?

• Chemistry (ICP-OES), PSD (laser diffraction with D10/D50/D90), morphology/sphericity (SEM image analysis), flowability (Hall/Carney), apparent/tap density, O/N/H (inert gas fusion), moisture (Karl Fischer), and contamination/foreign particles report.

2025 Industry Trends: Selective Laser Melting Powder

• Digital genealogy: Lot-level powder tracking and in-situ melt-pool data integrated for faster root-cause analysis; mandatory in aerospace RFQs.
• Higher layer thickness: Shift to 50–80 µm layers on multi-laser systems demands tighter PSD control and improved flow modifiers.
• Sustainability: Reuse ratios up; vendors offer recycled content disclosure and CO2e per kg. Closed-loop sieving/drying stations reduce scrap.
• Alloy diversification: Copper alloys (CuCrZr), high-strength Al (AlSi7Mg, Sc‑modified), and precipitation-hardened steels gain mainstream profiles.
• Safety modernization: NFPA 484-compliant facilities adopt continuous dust monitoring and inertization for powder handling rooms.

Table: 2025 indicative SLM powder benchmarks by alloy family

Legering	PSD target (µm)	Sphericity (mean)	O (wt%) typical	Hall flow (s/50 g)	Skenbar densitet (g/cc)	Reuse cap (cycles)
Ti‑6Al‑4V	15–45	0.96–0.98	0,08–0,15	14–18	2.4–2.7	3–5
IN718	15–53	0.96–0.98	0.01–0.03	12–16	4.3–4.7	5–8
316L	15–45	0.95–0.97	0.02–0.04	12–18	3.8–4.3	6–10
AlSi10Mg	20–63	0.95–0.97	0.03–0.06	16–22	1.2–1.5	4–8
CoCrMo	15–45	0.95–0.97	0.01–0.03	10–16	4.4–4.8	5–8

Selected references and standards:

• ISO/ASTM 52907 (Metal powders for AM), ISO/ASTM 52904 (Process characteristics)
• ASTM F3302 (Feedstock process control), ASTM E2651/E1019 (O/N/H)
• NIST AM-Bench datasets: https://www.nist.gov/ambench
• ASTM AM CoE resources: https://amcoe.astm.org/
• NFPA 484 (Combustible metals): https://www.nfpa.org/

Latest Research Cases

Case Study 1: Tightening Fatigue Scatter with Ti‑6Al‑4V SLM Powder (2025)
Background: An aerospace supplier saw variability in HCF performance across multi-laser builds.
Solution: Switched to PREP Ti‑6Al‑4V powder (15–45 µm), enforced O2 < 80 ppm in handling, capped reuse at 4 cycles, and implemented SEM-based satellites QC. Post-build HIP and standardized surface finishing were mandated.
Results: Density 99.9% post‑HIP; HCF limit at 10^7 cycles improved by 8–12%; scrap rate −27%; powder spend +6% offset by yield gains.

Case Study 2: High-Throughput 316L with 60–80 µm Layers (2024)
Background: A contract manufacturer targeted 25% throughput gain without compromising density.
Solution: Adopted broader PSD 20–63 µm GA 316L with flow aids; tuned stripe hatch and contour passes; closed-loop sieving and moisture control (KF < 200 ppm).
Results: Build time −24%; as-built density 99.6–99.8%; surface roughness unchanged after parameter optimization; powder reuse extended to 8 cycles with stable O/N/H.

Expertutlåtanden

• Dr. Brent Stucker, AM standards contributor and executive
  Viewpoint: “Powder genealogy tied to melt-pool data is now a prerequisite for certifying Selective Laser Melting Powder in flight-critical workflows.”
• Prof. Iain Todd, University of Sheffield, Metallurgy and Materials Processing
  Viewpoint: “Controlling satellites and PSD tails is the simplest lever to stabilize porosity across multi-laser SLM platforms.”
• Dr. Laura Cotterell, AM Materials Lead, Aerospace OEM
  Viewpoint: “For titanium, atmosphere control during handling has as much impact on fatigue as the build parameters themselves.”

Practical Tools and Resources

• ISO/ASTM AM standards portal – https://www.astm.org/ | https://www.iso.org/
• NIST AM‑Bench models and data – https://www.nist.gov/ambench
• SAE/AMS specs for AM Ti/Ni materials – https://www.sae.org/
• ImageJ/Fiji plugins for powder sphericity and PSD from SEM – https://imagej.nih.gov/ij/
• Karl Fischer moisture testing guides (powders) – major instrument vendors (e.g., Mettler Toledo)
• NFPA 484 guidance on powder handling safety – https://www.nfpa.org/

SEO tip: Include keyword variants like “Selective Laser Melting Powder specifications,” “SLM powder reuse and oxygen control,” and “PREP vs gas atomized SLM powders” in subheadings, internal links, and image alt text.

Last updated: 2025-10-14
Changelog: Added 5 targeted FAQs; introduced 2025 benchmarks table and trend notes; provided two recent case studies; included expert viewpoints; compiled practical tools/resources; added SEO keyword guidance
Next review date & triggers: 2026-04-15 or earlier if ISO/ASTM standards change, OEM allowables update, or new datasets revise PSD/sphericity/O/N/H best practices