3D Metal Baskı Tozu

Genel Bakış

3d metal baskı tozuKatmanlı üretim veya doğrudan metal lazer sinterleme olarak da bilinen bu teknik, karmaşık metal parçaların doğrudan dijital tasarımlardan oluşturulmasını sağlayan devrim niteliğinde bir üretim tekniğidir. Bir lazer, ince metalik tozu, bitmiş 3D nesne ortaya çıkana kadar katman katman seçici olarak kaynaştırır.

Bu dönüştürücü teknolojiyi mümkün kılan temel bileşen metal tozudur. Tozun özellikleri ve kalitesi, basılı metal parçaların mekanik özellikleri, hassasiyeti, yüzey kalitesi ve genel performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Bu makale, 3D baskı için metal tozlarına kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır. Toz türleri, bileşimleri, özellikleri, spesifikasyonları, uygulamaları, avantajları, sınırlamaları ve daha fazlasını en son endüstri araştırmaları ve standartlarına dayanarak inceliyoruz. Bir sonraki endüstriyel devrimin kalbinde yer alan bu büyüleyici malzeme hakkında daha derin bilgiler için okumaya devam edin.

Türleri 3d metal baskı tozu

3D baskı tozu için çeşitli alaşımlar ve metal malzemeler kullanılabilir. En yaygın seçenekler şunlardır:

Paslanmaz Çelik Tozları

Paslanmaz çelik, yüksek mukavemeti, korozyon direnci ve yüksek sıcaklıklara dayanma kabiliyeti nedeniyle 3D baskı için en popüler metallerden biridir. Kullanılan en yaygın paslanmaz çelik alaşımları şunlardır:

• 316L paslanmaz çelik - Mükemmel korozyon direnci ve mekanik özelliklere sahip standart alaşım. 316L, baskı sırasında artık gerilimi en aza indirmek için düşük karbon içeriğine sahiptir.
• 17-4PH paslanmaz çelik - Baskıdan sonra ısıl işlemle çok yüksek akma ve nihai çekme mukavemetleri elde edebilen çökeltme ile sertleştirilmiş paslanmaz çelik.
• 15-5PH paslanmaz çelik - Yüksek mukavemet ve sertliğe sahip bir başka çökelme sertleşmeli paslanmaz çelik. 15-5PH, 17-4PH'den daha iyi korozyon direnci sunar.
• Dubleks paslanmaz çelikler - Karışık ferritik-östenitik mikro yapıya sahip alaşımlar. Dubleks çelikler, östenitik 316L çeliğe kıyasla daha üstün akma ve çekme mukavemetleri sunar. Yaygın dubleks alaşımları arasında 2205 ve 2304 bulunur.

Takım Çelikleri

Takım çelikleri çok yüksek sertliğe, aşınma direncine ve basınç dayanımına sahiptir. Bu gruptaki yaygın metal tozları şunları içerir:

• H13 takım çeliği - Yüksek sıcaklıklarda yüksek sertlik ve kararlılığı koruyan son derece çok yönlü bir Cr-Mo-V sıcak iş takım çeliği.
• P20 takım çeliği - İyi işlenebilirlik ve parlatılabilirliğe sahip çok yönlü, düşük alaşımlı bir kalıp çeliğidir. P20 genellikle H13 takım çeliğine daha ucuz bir alternatif olarak kullanılır.
• Maraging çelikler - "Maraging" martensitik yaşlandırma anlamına gelir. Bu çelikler yaşlandırma ısıl işlemiyle ultra yüksek mukavemetlere ulaşır. Yaygın maraging alaşımları 18Ni(350) ve 18Ni(300)'dür.

Alüminyum Alaşımları

Alüminyumun hafifliği, korozyon direnci ve yüksek ısı iletkenliği onu havacılık, otomotiv ve yüksek ısı uygulamaları için popüler bir seçim haline getirmektedir. Yaygın alüminyum tozları şunları içerir:

• AlSi10Mg - Mükemmel akışkanlık, stabilite ve mekanik özelliklere sahip en yaygın kullanılan alüminyum alaşımıdır. Si ve Mg güçlendirici maddeler olarak işlev görür.
• AlSi7Mg - AlSi10Mg'ye çok benzer. Düşük silikon içeriği toz akışkanlığını artırır.
• Scalmalloy - Skandiyum ilavesinden olağanüstü akma dayanımı elde eden yüksek mukavemetli bir Al-Mg-Sc alaşımı.

Kobalt ve Nikel Süper Alaşımları

Bu gelişmiş metal tozları, karmaşık bileşimleri sayesinde son derece yüksek ısı ve aşınma direncine sahiptir. Tipik alaşımlar şunları içerir:

• Inconel 718 - Katı çözelti ve çökeltme sertleştirme ısıl işlemleri ile inanılmaz yüksek sıcaklık dayanımına sahip nikel-krom bazlı bir süper alaşım.
• Inconel 625 - Aşırı sıcaklıklarda bile mükemmel oksidasyon ve korozyon direnci. Havacılık, kimya ve denizcilik uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
• Kobalt-krom (CoCr) - Krom karbürlerle güçlendirilmiş kobalt, protezler ve diş kronları/köprüleri gibi biyouyumlu implantlar yapar.
• Hastelloy - Molibden, krom ve tungsten gibi ilaveler içeren korozyona dayanıklı nikel alaşımları.

Titanyum ve Titanyum Alaşımları

Saf titanyum, düşük yoğunluk ile yüksek mukavemetin nihai karışımını sunar. Alüminyum, vanadyum ve demir gibi alaşım elementleri ek faydalar sağlar:

• Ti6Al4V - Alfa fazını stabilize eden alüminyum ve beta fazını güçlendiren vanadyum içeren en popüler titanyum alaşımı.
• TiAl6V4 - Daha yüksek alüminyum içeriği mekanik özellikleri ve oksitlenme direncini daha da iyileştirir.
• Ti6Al4V ELI - 'ELI', daha düşük oksijen, nitrojen ve karbon içeren ekstra düşük interstisyel anlamına gelir. Normal Ti64'e göre daha iyi kırılma direncine sahiptir.

Refrakter ve Metallerarası Alaşımlar

Bu gelişmiş tozlar aşırı sıcaklıklara dayanabilir veya olağanüstü güç/sertliğe sahip olabilir:

• Tungsten karbür (WC/Co) - Kobalt bağlayıcı faz tarafından bir arada tutulan sert tungsten karbürler, bu alaşımı tokluğu korurken çelikten daha sert hale getirir.
• Molibden (Mo) - Saf molibden tozu, 750°C'yi aşan sıcaklıklara dayanabilen yüksek ısı direncine sahip parçalar oluşturur.
• Inconel 625 - Nikel-krom bazlı süper alaşım tozu, 980°C'ye kadar oksitleyici ortamlarda yüksek mukavemeti koruyan nesneler oluşturur.

Değerli Metaller

Altın, gümüş ve platin gibi değerli metallerin benzersiz özellikleri de onları 3D baskı için uygun hale getiriyor:

• Gümüş (Ag) - Saf gümüş tozu, karmaşık baskılı geometrilerde bile mükemmel elektrik ve termal iletkenlik özelliklerini korur.
• Altın (Au) - Çoğu basılı altın aslında sertliği artırmak ve özellikleri optimize etmek için az miktarda gümüş, bakır ve paladyum gibi metallerle alaşımlanmış altındır.
• Platin (Pt) - Platin tozu biyouyumludur ve korozyona ve kimyasal saldırılara karşı dayanıklıdır. Tıbbi implant ve laboratuvar ekipmanı yapımında kullanılır.

Bu tablo en yaygın metal baskı tozlarının özelliklerini özetlemektedir:

Metal Tozu Üretim Yöntemleri

Yüksek kaliteli 3D baskı için gerekli özellikleri elde etmek için metalik tozların belirli fiziksel özelliklere ve parçacık boyutu dağılımlarına sahip olması gerekir. Kullanılan çeşitli toz üretim teknikleri vardır:

Gaz Atomizasyonu

• Erimiş metal akışı yüksek basınçlı inert gaz jetleri ile parçalanır
• Baskı için ideal küresel toz üretir - yüksek akışkanlık, paketleme yoğunluğu
• Daha ince paslanmaz çelik, takım çeliği, süper alaşım ve titanyum tozları için en yaygın yöntem

Su Atomizasyonu

• Erimiş metali ince damlacıklara ayırmak için su jetleri kullanır
• Düzensiz toz şekli akışı etkiler ancak gaz atomizasyonundan daha ucuzdur
• Genellikle alüminyum ve magnezyum gibi daha uygun fiyatlı seçenekler için kullanılır

Plazma Atomizasyonu

• Çok yüksek enerjili plazma arkı metali eritir ve ince partiküller halinde dağıtır
• Titanyum alüminitler gibi reaktif alaşımlardan yüksek küresel tozlar üretir
• Tozlar daha yüksek saflığa sahiptir ve karmaşık ayrıntıları daha doğru şekilde basabilir

Elektrot İndüksiyonlu Ergitme Gaz Atomizasyonu (EIGA)

• İndüksiyon ergitme ve gaz atomizasyonunu birleştirir
• Kimyasal bileşim ve temizlik üzerinde olağanüstü kontrol
• Nikel süper alaşımları ve değerli metaller gibi özel alaşımlar için kullanılır

Mekanik Alaşımlama

• Yüksek enerjili bilyalı öğütme işlemi ile üretilen toz
• CMD bakır alaşımları, alüminyum kompozitler ve intermetalikler için kullanılır
• Karıştırılmış element tozlarından ince homojen bileşimler oluşturur

Uygun toz üretim tekniği, yüksek kaliteli metal 3D baskı için gerekli olan istenen alaşım kimyasını, partikül şekillerini, boyut dağılımını, saflık seviyelerini ve akış özelliklerini elde etmek için kritik öneme sahiptir.

Metal Tozu Özellikleri

3D baskı tozları kimya, partikül boyutu dağılımı, morfoloji, mikro yapı ve diğer parametreler açısından katı spesifikasyonlara uygun olmalıdır. Temel özellikler şunları içerir:

Parçacık Boyutu Dağılımı

Tipik aralık 15 mikron ila 45 mikrondur. Kritik faktörler şunları içerir:

• D10 - 10% partikülün altına düştüğü boyut
• D50 - Bu çapın üstünde ve altında 50% ile medyan partikül boyutu
• D90 - 90% tozun bu çapın altında olduğu boyut

İdeal değerler: D10: 20-25 μm; D50: 30-35 μm; D90: 40-45 μm

Parçacık Şekli ve Yüzey Morfolojisi

• Pürüzsüz yüzeylere sahip yüksek küresel partiküller, en kolay toz yayılımını ve en iyi yoğunlaştırmayı sağlar.

Akış Hızı ve Görünür Yoğunluk

• Akış hızı, baskı sırasında tozun yayılma kolaylığını belirler
• Görünür yoğunluk, tozun sabit bir hacimde ne kadar yoğun bir şekilde paketlendiğini gösterir
• Değerler partikül şekli, boyut dağılımı, yüzey yapısı gibi faktörlere bağlıdır
• Gaz atomize tozlar en yüksek akışkanlığa ve paketleme yoğunluğuna sahiptir

Musluk Yoğunluğu

• Mekanik kılavuz çekme/çalkalama sonrasında elde edilen maksimum yoğunluk
• Daha yüksek kılavuz yoğunluğu nihai parça yoğunluğunu artırır

Hausner Oranı

• Kademe yoğunluğu ile görünür yoğunluk arasındaki oran
• Düşük oranlar ~1,1 iyi akışkanlığa işaret eder
• Daha yüksek oranlar ~1,4 yapışkanlık ve zayıf akışa işaret eder

Kalıntı Oksitler ve Safsızlıklar

• Saflık kritiktir, oksijen ve nitrojen porozite kusurlarına neden olabilir
• Kimyasallar alaşım spesifikasyonlarına uygun olmalıdır
• Gaz, plazma ve EIGA atomizasyonu en temiz tozları sunar

İç Mikroyapı

• Bileşime, toz üretimi sırasındaki katılaşma oranlarına bağlıdır
• Optimum katmanlı füzyon için istenen tek fazlı, eş eksenli taneler
• Bazı alaşımlar benzersiz özellikler için kasıtlı olarak çift faz oluşturur

Parçacık Sertliği

• Bitmiş parçaların performansını etkiler
• Vicker'in piramit sayısı (HV) ölçmek için kullanılır
• Sert partiküller toz yayılımı sırasında deformasyona karşı direnç gösterir

Uydu Oluşumu

• Toz üretimi sırasında daha küçük partiküller daha büyük partiküllere bağlanabilir
• Uydular baskı sırasında eriyik havuzu oluşumunu etkileyebilir
• Gaz atomize tozların minimum uyduları vardır

Yüzey Kimyası

• Yüzey fonksiyonel grupları toz yayılımını + füzyonu etkiler
• Üretim sırasında atmosfer ve sıcaklığın etkisi vardır
• İnert işleme, temiz, oksit içermeyen toz kimyası üretir

Bu toz özellikleri üzerinde sıkı kalite kontrolünün sürdürülmesi, başarılı ve yüksek kaliteli 3D baskı için çok önemlidir.

Metal Tozu Özellikleri

3D yazıcı üreticileri ve ISO ve ASTM gibi kuruluşlar, çoğu metal baskı tozu için standartlaştırılmış spesifikasyonlara sahiptir. Tipik parametreler şunları içerir:

Boyut Dağılımı

• Önerilen aralıkları takip eden D10, D50, D90 değerleri
• Maksimum uydu içeriği < 1%

Kimya Uygunluğu

• Yayınlanan alaşım bileşim aralıklarını karşılayan element bileşimi
• Düşük oksijen ve nitrojen seviyeleri (<1000 ppm)
• Alaşıma bağlı olarak artık karbon ve sülfür miktarları

Görünür ve Dokunma Yoğunluğu

• Görünür yoğunluk 2,5-4,5 g/cm3
• Görünür yoğunluktan daha yüksek 65%'ye kadar dokunma yoğunluğu

Akış Hızı

• Hall akış ölçer testi > 15 s/50 g

Nem İçeriği

• Yüksek nem toz aglomerasyonuna neden olur
• Maksimum nem içeriği < 0,02%

Yüzey Oksitleri

• Oksitler ve kirleticiler gözeneklilik kusurlarına neden olabilir
• Parçacık yüzeylerini kontrol etmek için SEM görüntüleme

Saygın toz üreticileri her partiyi test eder ve tozu belirlenmiş normlara uygun hale getirmek için tam tahlil verilerinin yanı sıra MLS oranları, Hausner oranları, Carr endeksleri ve Piknometre ve Hall Akış Ölçer sonuçları sağlar.

Metal Baskı Tozu Uygulamaları

3D metal baskı, çeşitli sektörlerde üretimi dönüştürüyor. Tipik uygulamalar şunları içerir:

Havacılık ve Uzay

• Uçak ve roket motoru bileşenleri - türbinler, nozullar, yakıt sistemleri
• Titanyum, alüminyum, Inconel'den yapılmış yapısal gövde ve iniş takımı parçaları
• Önemli ölçüde ağırlık tasarrufu, parça konsolidasyonu, performans iyileştirmeleri

Medikal & Dental

• Diz, kalça, omuz gibi eklem rekonstrüksiyon implantları
• Diş implantları, kronlar ve köprüler
• Kraniyal plaklar, cerrahi aletler, hastaya uygun kılavuzlar ve aletler
• Biyouyumlu kobalt krom, titanyum, paslanmaz çelik ve değerli alaşımlar

Otomotiv

• Hafif prototip ve üretim araç parçaları - şasi, aktarma organları
• Enjeksiyon kalıplama için konformal soğutma takımları
• Montaj hatları için özel aparatlar, fikstürler
• Yapısal paslanmaz çelik bileşenler için belgelendirme devam ediyor

Endüstriyel Üretim

• Metal kalıplama - enjeksiyon kalıplama, termoform, sac metal şekillendirme
• Sertleştirilmiş takım çeliklerinden pres ve damgalama kalıpları
• Konformal soğutma kanalları takım döngü sürelerini en aza indirir
• Kısa süreli üretim kalıplarının hızlı geri dönüşü

Petrol ve Gaz

• Üretim için paslanmaz çelik ve Hastelloy vanalar, pompalar, borular
• Açık deniz için korozyona dayanıklı Inconel bileşenleri
• Konformal kanallar basınç düşüşü kayıplarını en aza indirir

Tüketici Elektroniği

• Özelleştirilmiş paslanmaz çelik veya alüminyum muhafazalar, kalkanlar, çerçeveler
• Isı dağıtımı için termal yönetim cihazları
• Elektromanyetik ekranlama bileşenleri
• Üst düzey tasarım takılar - altın, gümüş, platin

3D baskı gibi hızlı üretim teknikleri oyunun kurallarını değiştiren işlevsellik, performans ve tasarım özgürlüğünün kilidini açar. Metal baskı tozlarının benzersiz özellikleri, neredeyse her sektörde üretime hazır son kullanım parçalarını güçlendirir.

3d metal baskı tozu Tedarikçiler

Çoğu büyük metal üretim şirketi artık katmanlı üretim için özel tozlar üretmektedir. Önde gelen küresel tedarikçilerden bazıları şunlardır:

Saygın tedarikçiler, yoğun Ar-Ge ve sıkı kalite kontrolü ile desteklenen tozları için kapsamlı kompozisyon ve özellik verileri sağlar. Birçoğu özel alaşım geliştirme hizmetleri de sunmaktadır. Küresel tedarik zinciri lojistiği, büyük pazarlarda güvenilir bulunabilirlik sağlar.

3d metal baskı tozu Fiyatlandırma

Paslanmaz Çelik 316L - $ Kg başına 50-100 USD

Maraging Çelik (300 Sınıf) - $ Kg başına 100-200 USD

Alüminyum AlSi10Mg - $30-60 USD/kg

Titanyum Ti6Al4V (Sınıf 5) - $Kg başına 200-400 USD

Inconel 718 - $ Kg başına 100-200 USD

Kobalt Krom F75 - $ Kg başına 100-250 USD

Fiyatlar şunlara göre değişir:

• Saflık seviyeleri
• Boyut dağılımı
• Minimum sipariş miktarları
• Özel alaşım geliştirme ücretleri
• İthalat harçları/vergileri

Metal 3D Baskının Artıları ve Eksileri

Avantajlar

• Karmaşık geometriler için tasarım özgürlüğü
• Tek bileşenlere parça konsolidasyonu
• Topoloji optimizasyonundan ağırlık azaltımı
• Daha az bileşenden daha az montaj
• Yüksek mukavemetli alaşım seçenekleri
• Fonksiyonel entegrasyon - örneğin konformal soğutma kanalları
• Yinelemeler ve özelleştirme için hızlı geri dönüş
• Eski/eski yedek parçaların talep üzerine üretimi
• Eksiltici tekniklere göre daha az malzeme israfı

Sınırlamalar

• Yüksek hacimli geleneksel üretime kıyasla daha yüksek parça maliyetleri
• Ekipman üretim hacmine bağlı olarak kısıtlı boyut kapasitesi
• Şu anda sertifikalı ve kalifiye olan sınırlı çeşitlilikte alaşım seçeneği
• Daha düşük boyutsal hassasiyet ve daha ince yüzey kalitesi için ikincil işleme gerekir
• Mekanik anizotropi, çünkü özellikler yapı yönelimine bağlı olarak farklılık gösterir
• Tam yoğunluk konsolidasyonu için Sıcak İzostatik Presleme gibi son işlemler gereklidir
• Bazı uygulamalar için endüstri standartlarının olmaması

Teknoloji ve malzeme bilimi hızla ilerlemeye devam ettikçe, basılabilir metal yelpazesi, kalite ve tekrarlanabilirlikle birlikte katlanarak genişlemektedir.

SSS

3D baskı için metal tozları hangi partikül boyutu aralığına ihtiyaç duyar?

• Tipik boyut aralığı 15-45 mikrondur
• Dağılım eğrileri D10, D50 ve D90 partikül çaplarını belirtir
• Değerler istenen katman çözünürlüğüne bağlıdır, ancak genellikle 20-45 mikron

Paslanmaz çelik 316L ve 17-4PH tozları arasındaki fark nedir?

• Her ikisi de demir/krom/nikel alaşımlarıdır. 316L daha iyi korozyon direncine sahiptir.
• 17-4PH, çökeltme sertleştirme ısıl işleminden sonra daha yüksek mukavemet ve sertliğe sahiptir
• 316L, korozyon direncine ihtiyaç duyan daha fazla denizcilik, kimyasal ve biyomedikal kullanım görüyor
• 17-4PH yüksek aşınma direnci gerektiren takım uygulamalarına uygundur

Metal baskı tozları için şekil neden önemlidir?

• Yüksek küresel partiküller daha iyi akışa ve yüksek paketleme yoğunluğuna sahiptir
• Uydu içermeyen pürüzsüz yüzey morfolojisi optimum füzyon sağlar
• Gaz atomize tozlar en iyi kalitede baskılar sağlar.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin