SLS metallpulver: Egenskaper, användningsområden och leverantörer

Selektiv lasersintring (SLS) är en additiv tillverkningsteknik som använder en laser för att smälta samman små partiklar av plast-, metall-, keramik- eller glaspulver till ett 3D-objekt. SLS metallpulver med rätt egenskaper är avgörande för att kunna tillverka högkvalitativa metalldelar med komplexa geometrier via denna process.

Översikt över SLS metallpulver

SLS metallpulver avser metallpulver som är optimerade för användning i 3D-skrivare för selektiv lasersintring för att tillverka metalldelar och prototyper. De vanligaste SLS-metallpulvren inkluderar:

Typer av SLS-metallpulver

Typ	Sammansättning	Viktiga egenskaper
Rostfritt stål	Fe-, Cr-, Ni-legeringar	Korrosionsbeständighet, hög hållfasthet
Verktygsstål	Fe-, Cr-, Mo-legeringar	Hög hårdhet, värmebehandlingsbar
Legerat stål	Fe-, Cr-, Ni-legeringar	Värmebehandlingsbar, bearbetbar
Kobolt-krom	Co-, Cr-legeringar	Biokompatibel, slitstark/korrosionsbeständig
Titan & legeringar	Ti, Al, V-legeringar	Lätt, biokompatibel, stark
Inconel	Ni, Cr-legeringar	Värme- och korrosionsbeständig
Aluminiumlegeringar	Al-, Cu-, Mg-legeringar	Lätt och stark

Dessa metallpulver måste ha egenskaper som flytbarhet, partikelform och storleksfördelning som är skräddarsydda för att producera SLS-detaljer med hög densitet, noggrannhet, precision och önskade mekaniska egenskaper.

Viktiga egenskaper hos SLS-metallpulver

Parameter	Beskrivning	Krav och önskemål
Storleksintervall	Pulverpartikelns dimensioner	10-45 mikrometer vanligt
Storleksfördelning	Utbud av pulverstorlekar	Mestadels sfärisk med vissa satelliter tillåtna
Morfologi	Pulverpartikelns form	Sfärisk är optimal, satelliter kan orsaka defekter
Flödeshastighet	Flödbarhet för pulver	35-40 s/50g från Hall-flödesmätare
Skenbar densitet	Packningsdensitet för pulver	Cirka 60% av verklig densitet
Sann densitet	Materialets densitet	Varierar beroende på sammansättning
Yta	Partikelns ytarea per massenhet	Lägre är bättre för att minska oxidationen
Resterande gaser & fukt	Föroreningar som finns i pulver	Minimerad för delar av hög kvalitet

SLS Metallpulver Egenskaper

Karaktäristisk	Roll i SLS-processen
Partikelns form och ytstruktur	Påverka pulverflödet i varje nytt lager, laserabsorption, reflektionsförmåga
Fördelning av partikelstorlek	Påverkar packningsdensitet, smältbadets dynamik och spridningsförmåga
Flödesegenskaper	Ger jämn spridbarhet och konsistens i skiktet
Skenbar densitet	Styr avståndet mellan partiklarna, energitillförsel krävs
Sann densitet	Fastställer den slutliga maximalt uppnåeliga deldensiteten
Legeringstillsatser	Möjliggör specifika materialegenskaper som styrka, hårdhet etc.

Tillämpningar av SLS metallpulver

SLS metallpulver möjliggör utskrift av funktionella metalldelar med full densitet som uppfyller behoven för prototyper, verktyg och korttidsproduktion i branscher som:

Industriella tillämpningar av SLS-tryckta metalldelar

Industri	Tillämpningar	Vanliga material som används
Flyg- och rymdindustrin	Turbinblad, motor/strukturella komponenter	Rostfria stål, superlegeringar, titanlegeringar
Fordon	Prototypdelar, anpassade verktyg	Rostfria stål, verktygsstål, aluminiumlegeringar
Medicinska implantat	Patientspecifika implantat, guider	Koboltkrom, titanlegeringar, rostfritt stål
Industriell	Precisionsverktyg, robotgripdon	Rostfria stål, verktygsstål
Smycken	Ringar, kedjor, specialtillverkade produkter	Ädelmetaller som guldlegeringar, silver

Vissa unika fördelar jämfört med traditionella tillverkningsvägar:

Fördelar med SLS för tillverkning av metalldelar

Förmån	Beskrivning
Geometri frihet	Inga begränsningar av detaljgeometrin till skillnad från subtraktiva/gjutningstekniker
Snabb leverans	Snabb utskrift från CAD-data
Lätt vikt	Gitterstrukturer minskar vikten med 30%
Konsolidering av delar	Integrerat tryckta enheter ersätter skarvar
Massanpassning	Patientspecifika medicintekniska produkter
Hybridstrukturer	Metall & polymera multimaterialdelar möjliga

Vanliga SLS-applikationer för tryckta metalldelar i olika branscher:

Typiska användningsområden för SLS-tryckta metalldelar

Tillämpning	Exempel	Använda material
Funktionella prototyper	Motorkomponenter, implantat	Stållegeringar, Ti-legeringar
Verktyg	Borrstyrningar, fixturer, jiggar	Rostfria stål
Verktyg för gjutning	Verktyg för formsprutning	Verktygsstål som H13
Serieproduktion	Aerospace/medicinska komponenter	Ti & Ni-legeringar, CoCr
Lättviktsstrukturer	Gallerpaneler, hängslen och livrem	Al-legeringar, Ti-legeringar

Specifikationer för SLS metallpulver

Tillverkare av SLS-system som EOS, 3D Systems och Renishaw tillhandahåller kvalificerade specifikationer för SLS-metallpulver som är skräddarsydda för deras skrivarmodeller. Några vanliga metallpulver och storlekar inkluderar:

SLS metallpulver - typer och storleksintervall

Material	Tillgängliga pulvertyper	Partikelstorleksintervall
Rostfritt stål	316L, 17-4PH, 303, 410	15-45 mikrometer
Maråldrat stål	MS1, 18Ni300, 18Ni350	15-45 mikrometer
Kobolt krom	CoCr, CoCrMo	15-45 mikrometer
Aluminiumlegering	AlSi10Mg, AlSi12	15-45 mikrometer
Titanlegering	Ti6Al4V klass 5	15-45 mikrometer
Nickellegering	Inconel 718, Inconel 625	15-45 mikrometer

Standardiseringsorganisationer har definierat klassificeringar för olika metallpulverkvaliteter som används i AM-processer:

Metallpulverkvaliteter enligt ISO/ASTM-standarder

Standard	Betyg	Beskrivning
ISO 17296-2	PA1 till PA6	Definierar allt strängare krav på föroreningar från P1 till P6
ISO 17296-3	PM1 till PM4	Definierar partikelform, storleksparametrar från PM1 till PM4
ASTM F3049	Klass 1 till klass 4	Definierar tillåtna gränser för sammansättningsområden från 1 till 4
ASTM F3056	Typ 1 till typ 3	Definierar parametrar för statistisk storleksfördelning från 1 till 3

Dessa klassificeringssystem bidrar till att fastställa riktmärken för kvalitetsnivåer och hjälper köpare vid upphandling. Pulver av klass PA5 med hög renhet garanterar minimal kontaminering. På samma sätt minskar klass 4 variabiliteten genom strängare kemikontroll.

SLS metallpulver Leverantörer

En mängd olika leverantörer levererar SLS-pulver som är färdiga att använda över hela världen. Några ledande globala leverantörer är:

Viktiga leverantörer av SLS-metallpulver

Leverantör	Erbjudna material	Geografier som serveras
Sandvik	Rostfritt stål, Ni-legeringar, CoCr, verktygsstål, aluminiumlegeringar	Europa, Asien
Praxair	Ti-legeringar, Ni-legeringar, rostfritt stål, verktygsstål	Nordamerika
LPW-teknik	Rostfritt stål, aluminiumlegeringar, CoCr	Storbritannien, Europa
Snickare Tillsats	Rostfria stål, CoCr, Cu, aluminiumlegeringar	Globalt
Hoganas	Rostfria stål, verktygsstål	Europa, Asien

Vanligtvis ligger leveransminimum på cirka 10 kg per materialkvalitet, men det finns även stora volymavtal för OEM-köpare. Förpackningsalternativen sträcker sig från vakuumförseglade burkar till specialiserade SLS-maskinpatroner som rymmer 700 g till 1 kg pulver vardera.

Typer av förpackningar för SLS-metallpulver

Typ	Volymintervall	Egenskaper
Vakuumburkar	500g till 20kg satser	Hållbarhet upp till 1 år
Skrivarpatroner	700 till 1000 g satser	Minimerad hanteringsexponering
Material torn	700 till 1200 g patroner	Automatiserad matning till skrivaren

Prisintervaller för vanliga material i små kvantiteter är:

Kostnadsintervall för metallpulver för SLS-utskrift

Material	Prisintervall för liten mängd*
Rostfritt stål 316L	$60-$100 per kg
Aluminium AlSi10Mg	$80-$130 per kg
Maråldrat stål	$90-$140 per kg
Titan Ti6Al4V	$200-$350 per kg
Kobolt krom	$300-$500 per kg
Ädelmetaller	3000+ USD per kg

Jämförelse av SLS metallpulvermaterial

Olika metallegeringar används för SLS-tryckning, var och en med sina egna egenskaper och kompromisser:

Jämförelse av SLS metallpulvermaterial

Parameter	Rostfria stål	Verktygsstål	Titanlegeringar	Nickellegeringar	Kobolt Krom	Aluminiumlegeringar
Täthet	Medium	Högre	Lägre	Hög	Hög	Lägst
Styrka	Medium	Högsta	Medelhög-Hög	Medelhög-Hög	Medium	Medium
Hårdhet	Lägre	Mycket hög	Medium	Medium	Högre	Låg-Medium
Motståndskraft mot korrosion	Utmärkt	Medium	Utmärkt	Utmärkt	Utmärkt	Medium-God
Biokompatibilitet	Bra	Begränsad	Utmärkt	Begränsad	Utmärkt	Bra
Värmebeständighet	Medium	Medelhög-Hög	Medium	Mycket hög	Mycket hög	Lägre
Kostnad	Lägst	Medium	Hög	Mycket hög	Hög	Låg

Vi kan se att rostfritt stål ger den bästa kombinationen av egenskaper när kostnaden är en faktor, medan verktygsstål ger extrem hårdhet. Titan ger biokompatibilitet och styrka med låg densitet. Superlegeringar som Inconel och CoCr erbjuder termisk stabilitet och biokompatibilitet. Aluminiumlegeringar är det mest kostnadseffektiva lättviktsalternativet.

För- och nackdelar med vanliga SLS-metallpulver

Material	Fördelar	Nackdelar
Rostfria stål	Kostnadseffektiv, lätt att maskinbearbeta	Lägre hårdhet och hållfasthet
Verktygsstål	Extremt hård och värmebehandlingsbar	Mindre korrosionsbeständighet, biokompatibilitet
Titanlegeringar	Stark, lätt och miljövänlig	Dyrt, kan brinna i syreatmosfär
Nickellegeringar	Utmärkt värme- och korrosionsbeständighet	Tung, giftig, mycket dyr
Kobolt krom	Biokompatibel, korrosionsbeständig	Tung, medelhög kostnad
Aluminiumlegeringar	Lätt vikt, god hållfasthet	Lägre smältpunkt, hårdhet

Kundkriterier för val av SLS-metallpulver

Urvalskriterier	Viktiga frågor
Mekaniska egenskaper	Uppfyller den önskad hållfasthet, slitstyrka och andra mekaniska specifikationer?
Materialkostnad	Passar önskad typ av metallpulver in i applikationens budget?
Efterbearbetning	Behövs sekundära processer som varm isostatisk pressning eller värmebehandling?
Storlek på produktionsomgång	Är målvolymen för hög för SLS-tryckning i produktion?
Delstorlek mått	Är skrivarens maximala byggvolym tillräcklig för de största detaljgeometrierna?
Upplösning, ytfinish	Kan SLS-processen uppfylla kraven på detaljrikedom och ytkvalitet?
Leverans ledtid	Är leverantörens ledtid acceptabel med tanke på produktionens tidslinje?

Tillämpningen av slutprodukten styr det optimala materialvalet med hänsyn till prestandabehov och ekonomi.

Översikt över SLS metalltryckprocess

Förståelse för SLS 3D-printing hjälper till att förstå hur pulveregenskaperna påverkar detaljkvaliteten:

SLS 3D-utskriftsprocessens olika steg

Etapp	Beskrivning
3D-modellering	CAD-program skapar solid/mesh-modell av detaljen som ska tryckas
Skivning	Modellen skärs digitalt i lager för att generera en skrivarfil
Spridning av pulver	Roller eller blad sprider ett tunt lager av pulver på byggplattformen
Laserskanning	CO2-laser skannar över pulverbädd för att smälta samman partiklar
Nedfällbar plattform	Byggplattformen sänks med 1 lagertjocklek (~50 mikrometer)
Upprepa spridning/smältning	Stegen upprepas tills hela objektet är uppbyggt lager för lager
Efterbearbetning	Överflödigt pulver avlägsnas, slutbehandlingar görs för att färdigställa delen

Hur pulveregenskaper påverkar utskriftsresultatet

Pulverfastighet	Påverkan på utskriftskvaliteten
Geometri för pulver	Sfäriska partiklar med bra flöde möjliggör enhetliga skikt utan defekter
Partikelstorleksintervall	För fina pulver ger dåligt flöde, för stora ger dålig upplösning
Storleksfördelning	En alltför bred fördelning kan leda till segregering eller varierande smältning
Skenbar densitet	Högre densitet ger större slutdensitet för detaljen efter sintring
Sann densitet	Sätter övre gräns för uppnåelig komponenttäthet
Ytstruktur	Grova partiklar kan fånga upp gaser eller hindra pulverflödet

Vi kan se att flera av pulvrets fysikaliska egenskaper direkt påverkar tryckresultatet, så det är viktigt att leverantörerna har noggrann kontroll.

Efterbearbetning av SLS-printade metalldelar

Efter SLS-utskriftsprocessen bidrar ytterligare efterbehandlingssteg till att förbättra de slutliga delegenskaperna:

Vanliga steg för efterbearbetning av SLS-delar

Process	Beskrivning	Fördelar
Avlägsnande av pulver	Överflödigt pulver borstas/blästras bort	Avslöjar tryckt objekt
Stresslindrande	Uppvärmning för att avlägsna restspänningar	Förbättrar dimensionell noggrannhet
Ytbehandling	Slipning, polering, blästring	Slätar ut ytan, underlättar vidhäftning av beläggning
Infiltration	Vätska fyller kvarvarande porositet	Ökar densiteten ytterligare och förbättrar hållfastheten
Värmebehandling	Termiska cykler för härdning och anlöpning	Förbättrar hårdheten i stål

Effekter av efterbearbetning på detaljens egenskaper

Fastighet	Inverkan av efterbearbetning
Täthet	Infiltration med epoxi eller brons fyller porerna och ökar densiteten med 5-15%
Ytjämnhet	Manuell/automatiserad polering kan uppnå en grovhet på under 2 mikron
Dimensionell noggrannhet	Stressavlastande värmecykel minskar skevhet och förbättrar precisionen
Draghållfasthet	Infiltration förbättrar UTS medan värmebehandling kan fördubbla avkastningsstyrkan
Duktilitet	Avvägning mot förbättring av styrkan från efterbehandlingar
Hårdhet	Utskiljningshärdbara legeringar som 17-4PH svarar bra på åldringsbehandlingar

Efterbearbetning gör det möjligt att skräddarsy metallens egenskaper ytterligare baserat på användningsbehov.

SLS kvalitetskontroll av metalltryck

Pulverråvara av jämn och hög kvalitet i kombination med SLS-processövervakning ger tillförlitliga detaljer:

Kvalitetskontroll för SLS metallpulver

Parameter	Typisk specifikation	Testmetoder
Fördelning av partikelstorlek	Hallens flödeshastighet > 35s/50g	Siktning, laserdiffraktion
Skenbar densitet	65-80% av verklig densitet	Gravimetrisk mätning
Pulversammansättning	Legeringsintervall enligt ISO 27296	Röntgenfluorescens
Ytmorfologi	Median cirkularitet > 0,75	Mikrografik, bildanalys
Kontaminering	< 50 ppm syre, < 150 ppm kväve	Fusionsanalys med inert gas

Processövervakning för SLS-tryckning

Metrisk	Använd sensor	Syfte
Laserkraft	Inbyggd fotodiod	Bibehåller fusionens konsistens
Temperatur i pulverbädd	IR-sensor	Säkerställer delintegritet, ingen skevhet
Atmosfär	Syrgasanalysator	Undviker antändning av krut i byggkammaren
Skiktets tjocklek	Pulsgivare för Z-axel	Exakta reproducerbara skikt

En sådan strikt kontroll av ingående pulver och processinställningar resulterar i metalldelar av hög kvalitet från varje produktionskörning.

SLS metalltryckning jämfört med alternativ

Andra alternativ till SLS för 3D-utskrifter i metall är t.ex:

Jämförelse av 3D-utskriftsmetoder för metall

Metrisk	Binder Jetting	DMLS	SLM	EBM
Råmaterial	Pulver av metall/polymerblandning	Metallpulver	Metallpulver	Metalltråd/pulver
Energikälla	Flytande bindemedel	Fiberlaser	Kraftfull Yb-fiberlaser	Elektronstråle
Bygg fart	Måttlig, snabbare än lasermetoder	Långsam på grund av punkt-för-punkt-skanning	Mycket snabb, fullständig smältning sker	Snabbaste metoden
Upplösning, ytfinish	Sämre på grund av bindemedel, efterbearbetning hjälper	Mycket bra tack vare fin laserpunkt	Utmärkt på grund av full smältning	Måttlig på grund av partiell avsmältning
Dimensionell noggrannhet	+/- 0,3% med CTQ-process	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.2-0.3%
Efterbearbetning	Både härdning och sintring behövs	Endast stöd för borttagning	Viss maskinbearbetning kan behövas	Mest sekundärt arbete behövs
Kostnad per del	Lägre materialkostnad bidrar till lägre pris	Mycket högre driftskostnader	Hög kostnad för utrustning och material	Hög kostnad för utrustning

Bland alla metoder har binder jetting visat sig vara den mest kostnadseffektiva för tillverkning av metalldelar i lägre volymer upp till 10.000 enheter. SLS ger den enklaste efterbearbetningen i kombination med god noggrannhet och ytfinhet.

Vanliga frågor

Vilka branscher använder SLS metalltryck?

SLS metalltryck används inom flyg-, bil- och medicinindustrin samt många andra branscher där det krävs metalldelar med hög precision.

Vad är noggrannheten och upplösningen för SLS metalltryck?

Noggrannheten och upplösningen beror på flera faktorer, inklusive maskin-, material- och processparametrar, men SLS metalltryck kan uppnå höga precisionsnivåer.

Krävs efterbearbetning för metalltryckta SLS-delar?

Ja, efterbearbetning kan krävas för att avlägsna stödstrukturer, förbättra ytfinishen och uppfylla specifika krav för applikationen.

Vilka är begränsningarna med SLS-metalltryck?

Några av begränsningarna är kostnaden för utrustningen, den begränsade storleken på byggkamrarna och behovet av lämpliga säkerhetsåtgärder på grund av användningen av laser och metallpulver.

Kan SLS metalltryck användas för massproduktion?

Ja, SLS metalltryck kan användas för både prototyptillverkning och produktion av metalldelar i små till medelstora volymer.

Är SLS metalltryck miljövänligt?

Även om den kan minska materialavfallet jämfört med traditionella tillverkningsmetoder är bortskaffandet av metallpulver och energiförbrukningen faktorer att ta hänsyn till när det gäller dess miljöpåverkan.

Finns det några säkerhetsåtgärder när man arbetar med SLS-metalltryck?

Ja, säkerhetsåtgärder bör vidtas vid hantering av metallpulver, och operatörerna bör utbildas för att kunna arbeta med laserbaserade system på ett säkert sätt.

Vad kostar SLS-tjänster för metalltryck?

Kostnaden varierar beroende på faktorer som materialval, detaljens komplexitet och antal. Det är bäst att begära offerter från tjänsteleverantörer för specifika projekt.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser