eklemeli üretim metal tozu

Katmanlı üretim3D baskı olarak da bilinen bu yöntem, tüm sektörlerde üretimde devrim yaratıyor. Bunu mümkün kılan temel malzemelerden biri de metal tozudur. Katmanlı üretim hızla büyümeye devam ederken, metal tozlarını anlamak çok önemlidir.

Metal 3D baskı hakkında düşündüğümüzde, akıllara durgunluk veren yazıcılara odaklanmak kolaydır. Ancak bunların hiçbiri yüksek kaliteli metal tozu olmadan çalışmaz! Bu toz, karmaşık metal parçaların katman katman basılması için "mürekkep" görevi görür.

Peki iyi bir metal tozunu ne yapar? Günümüzde hangi türler kullanılıyor? Ve neden önemlidir? Bu kılavuz, bilmeniz gereken her şeyi ortaya çıkarmak için derinlemesine bir bakış sunuyor.

Metal Tozu 101

İlk olarak, metal tozu tam olarak nedir? Basitçe söylemek gerekirse, 3D baskı metal bileşenleri için temel hammadde olarak kullanılan toz formundaki ince metalik malzemedir.

Ne düşündüğünüzü biliyorum... metal tozu bir mühendislik malzemesinden çok bir kimya deneyine benziyor! Ancak burada parçacık boyutu ve tutarlılığı tesadüf değildir. AM için kullanılan metal tozları katı spesifikasyonlara göre dikkatlice tasarlanır.

Bu, baskılara sağlam gerçek dünya parçaları için gereken malzeme bütünlüğünü verir. Şimdi kaliteli metal baskı tozlarını diğerlerinden ayıran kritik özelliklerin kodlarını çözelim.

Katmanlı üretim Metal Tozu Çeşitleri

Birçok metal ve alaşım, katkılı üretim için ince homojen tozlara dönüştürülebilir. Ancak şimdiye kadar yalnızca belirli metaller yaygın olarak kullanıldı.

İşte bugün 3D baskıda en yaygın metal tozlarının bir dökümü:

Titanyum ve alüminyum, ağırlık tasarrufunun önemli olduğu havacılık ve otomotiv parçaları için yoğun kullanım görmektedir. Paslanmaz çelik, iyi fiziksel özelliklere ihtiyaç duyan geniş bir uygulama yelpazesini kapsar. Kobalt krom ve nikel alaşımları gibi egzotik alaşımlar özel tıbbi veya yüksek sıcaklık rollerini üstlenir. Takım çelikleri ise ısıl işlem sonrası yüksek aşınma direnci gerektiren endüstriyel takımlar, kalıplar ve kalıplar için idealdir.

Şimdi toz metalürjisi özelliklerini daha ayrıntılı olarak inceleyelim!

Metal Tozu Bileşimi

Daha önce de belirtildiği gibi, metal tozları çok ince küresel partiküller halinde saf baz metaller veya metal alaşımları içerir. Peki ya partikül bileşimi? Genel olarak tozlar bu kategorilere girer:

• Ön alaşımlar: Her bir toz tanesi boyunca homojen iç kimyaya sahip homojen partiküller
• Karışımlı alaşımlar: Baskı sonrasında istenen yığın kimyasını elde etmek için farklı saf metal tozlarının belirli oranlarda fiziksel karışımları
• Hibrit alaşımlar: Parçacıklar, her bir toz tanesi içinde başka bir bileşimin bölümleriyle karıştırılmış bir metal veya alaşımın bazı bölümlerini içerir

Ön alaşımlar, her parçacık aynı özelliklere sahip olduğu için tutarlılık sağlar. Ancak harmanlanmış alaşımlar, özel malzemeler oluşturmak için daha fazla esneklik sağlar. Gerçekte, günümüzde kullanılan metal baskı tozlarının çoğu ön alaşımdır. Ancak harmanlanmış ve hibrit tozlar benzersiz yetenekler katar.

Temel Metal Tozu Özellikleri

Şimdi et ve patates üzerine! Bir metal tozunu 3D baskı için doğru yapan şey tam olarak nedir? İster toz yatağı füzyonu ister yönlendirilmiş enerji biriktirme baskısı için olsun, toz özelliklerinin gerçekten önemli olduğu ortaya çıktı. İşte önemli olanlar:

Parçacık boyutu: Ham metal tozu 1-100 mikron civarında başlar ve daha sonra AM uyumluluğu için 45 mikronun altındaki boyut aralıklarına sınıflandırılır. Yaygın bantlar 0-10, 10-45 veya 10-30 mikrondur.

Parçacık şekli: Küresel, akıcı parçacıklar pürüzlü pullara karşı en iyi baskıyı verir. Tozlar birbirine yapışmadan iyi akış hızları göstermelidir.

Parçacık boyutu dağılımı: Minimum uydu ve ince taneli dar bir dağılım homojen baskılar sağlar. Standartlar, belirlenen en küçük ve en büyük boyutlar arasında 95% ile Gauss eğrileri gerektirir.

Görünür yoğunluk: Bir malzemenin katı yoğunluğunun 50% üzerindeki daha yüksek yoğunlukları, toz yatağı fiziği nedeniyle daha iyi baskı yapar. Değerler bileşime bağlı olarak 30-80% arasında değişmektedir.

Musluk yoğunluğu: Titreşim altında yoğunluktaki değişimi ölçen test. 65%'nin üzerindeki yüksek kademe yoğunluğu daha iyi paketleme ve yayılabilirliği gösterir.

Akış hızı: Toz yayılabilirliği için 1'den (çok yapışkan) 10'a (serbest akış) kadar ölçeklendirilmiş temel gösterge. Çoğu metal AM tozu 3-6 arasında yer alır ve daha yüksek olan daha iyidir.

Kaliteyi etkileyen akış ve parçacıklar arası etkileşimleri karakterize etmek için kullanılan Hausner oranı, Carr indeksi ve Scott yoğunluğu gibi daha gelişmiş ölçütler vardır. Peki tüm bu şifreli toz istatistiklerinden ne anlamalıyız? Şimdi bu özelliklerin gerçek dünyada daha iyi metal baskıya nasıl dönüştüğünü açıklayalım.

Metal Tozu Özellikleri Neden Önemlidir?

İlk bakışta, tüm bu granül toz özelliklerinin önemi açık olmayabilir. Sonuçta, asıl işi parlak yeni yazıcılar yapmıyor mu?

Kısacası, pudra düşündüğünüzden daha önemlidir! İşte nedeni:

• Yazıcıların içinde toz yayılması, akış dinamiklerine ve paketleme davranışına bağlıdır. İyi yayılan ve yoğun bir şekilde paketlenen partiküller, daha yüksek hassasiyet ve yüzey kalitesi için daha ince baskı katmanları sağlar.
• Partikül boyutu minimum özellik çözünürlüğünü doğrudan etkiler. Yaklaşık 10 mikronluk daha küçük partiküller karmaşık detayları daha iyi işler. Ultra ince nano tozlar 1 mikronun altında son derece yüksek çözünürlükler üretebilir.
• Tek tip partikül boyutu dağılımı, yoğun baskılara müdahale eden partikül ayrışmasından kaynaklanan gözeneklilik veya çatlama gibi kusurları önler.
• Küresel partiküller, baskı sırasında lazer veya elektron ışınına maruz kaldıklarında sıkıca paketlendikleri ve eşit şekilde eridikleri için baskı katmanları arasında daha iyi kaynaşır.
• Görünür yoğunluk, belirli bir toz hacminde ne kadar katı malzeme bulunduğunu gösterir. Daha yüksek yoğunluk, baskı sırasında daha fazla gerçek metal içeriğini devreye sokar.

Başka bir deyişle, kaliteli toz kaliteli baskı anlamına gelir! Şimdi tozların katmanlı üretim için kasıtlı olarak ayarlanmış özelliklerle gerçekte nasıl üretildiğini görelim.

Metal Tozu Üretimi

Ham maddeleri hassas 45 mikron altı küresel tozlara dönüştürmek başlı başına bir sanat ve bilimdir. Metal AM için özel toz üretim teknikleri şunları içerir:

• Gaz atomizasyonu: Erimiş metal alaşım akışını, toz halinde katılaşan ince damlacıklara ayırmak için yüksek basınçlı inert gazla patlatın. Baskı için ideal olan küçük küresel parçacıklar veren en yaygın yöntemdir.
• Su atomizasyonu: Erimiş metali toz haline getirmek için su jeti kullanın. Düşük maliyetlidir ancak titanyum veya alüminyum gibi reaktif malzemeler için sınırlıdır.
• Plazma atomizasyonu: Gaz atomizasyon yeteneklerinin ötesinde son derece yüksek erime noktalarına sahip alaşımları atomize etmek için plazma torcu kullanın.
• Elektrot indüksiyon eritme: İnert atmosfer altında metal çubuğun ucunu tekrar tekrar eritip buharlaştırarak damlacıkların toz halinde katılaşmasını sağlar. Niş alaşımlar için düşük maliyetli kaynak.
• Mekanik yıpranma: Metal hammaddesini bilyalı öğütme veya diğer toz haline getirme yaklaşımlarıyla fiziksel olarak toz haline getirin. Küresel olmayan parçacık şekilleri nedeniyle en az tercih edilen yöntemdir.
• Elektroliz: Titanyum gibi saf reaktif metalleri erimiş tuzlardan elektrikle toz haline getirin. Özel reaktif baskı tozlarının kaynağı.
• Kimyasal indirgeme: Kimyasal reaksiyonlar ve sulu çözeltilerden çökeltme yoluyla nikel gibi metal tozları üretin.

Aşağıdaki tabloda her bir modern barut üretim tekniği bir bakışta karşılaştırılmaktadır:

Toz üretim yöntemlerine genel bir bakıştan sonra, şimdi de özellikle eklemeli üretim için tasarlanmış ticari metal tozlarının görünümünü inceleyelim.

Metal Tozu Tedarikçileri

Günümüzde çok sayıda profesyonel tedarikçi, genişleyen bir yelpazede özel metal AM tozları sunmaktadır. Ancak kalite, tedarikçiler arasında büyük farklılıklar gösterebilmektedir.

Metal tozu kaynaklarını değerlendirirken, temel özelliklerin ötesinde göz önünde bulundurulması gereken avantajlar şunlardır:

• Kalite kontrol için şirket içinde dikey entegre toz üretimi
• Özel alaşımlar da dahil olmak üzere mevcut malzeme yelpazesi
• Başka yerde bulunmayan yeni alaşımlar için Ar-Ge
• Talep üzerine karışıma karşı ölçeklendirilmiş özel parti üretimi
• Toz test hizmetleri ve numune alma yetenekleri
• Güvenli depolama ve taşıma seçenekleri
• Geri alım veya geri dönüşüm programları

Bu alıcı ipuçlarını akılda tutarak, aşağıda AM için profesyonel kalitede metal tozlarının önde gelen küresel tedarikçilerini bulabilirsiniz:

Önde gelen küresel tedarikçilerle birlikte, daha küçük uzman butik toz evleri de ortaya çıkmaktadır. Bunlar genellikle büyük tedarikçilerden temin edilemeyen özel üretim tekniklerini kullanan çok niş alaşımlara odaklanmaktadır.

Aubert & Duval, GKN Powder Metallurgy, Rio Tinto Metal Powders ve diğerleri gibi büyük malzeme firmaları da AM'yi desteklemektedir. Bölgesel mağazalar genişlediği için yerel olarak da kontrol edin. Metal tozu tedarik zincirinde herkes için bir şeyler var!

Metal Tozu Maliyetleri

Baskı için özel olarak üretilmiş bir dizi gelişmiş metal tozunu inceledik. Peki kaliteli AM sınıfı tozun gerçekte maliyeti ne kadar? İşte tahmini rakamlar:

• Paslanmaz çelik 316L: $50-120 kg başına
• Alüminyum AlSi10Mg: $70-150 kg başına
• Titanyum Ti64: $200-500 kg başına
• Inconel 718: $80-220 kg başına
• Kobalt Krom: $130-350 kg başına
• Takım çeliği H13: $50-150 kg başına

Elbette piyasa fiyatları arz ve talebe göre dalgalanmaktadır. Ancak geleneksel pres ve sinter toz metalürjisinde kullanılan ham metal tozlarına kıyasla baskı tutarlılığı için bir prim ödemeyi bekleyin. Ne öderseniz onu alırsınız!

Metal Tozu Standartları

Katmanlı üretim için bu kadar çok kritik toz özelliği varken, standartlar önemli bir rol oynamaktadır. ASTM International, ISO ve ASME gibi gruplar metal tozu spesifikasyonlarının giderek artan bir listesini yayınlıyor:

• ASTM F3049: AM için kullanılan metal tozlarının karakterizasyonu için standart kılavuz
• ASTM F3056: Katmanlı üretim nikel alaşım tozları için şartname
• ASTM F3301: Katmanlı üretim paslanmaz çelik tozları için şartname
• ISO/ASTM 52921: AM toz yatağı füzyonu için standart terminoloji
• ISO/ASTM TS 52900: Katmanlı üretim - Genel ilkeler - Satın alınan AM parçaları için gereklilikler
• ASME MSFC-Spec-3717: Gaz atomize titanyum alaşım tozu için şartname

Bu belgeler, kritik toz özellikleri için tutarlı test yöntemleri ve kabul kriterleri sağlar. Standartlar, ufuktaki daha fazla malzeme ve prosesle birlikte gelişmeye devam ediyor. Ancak kalite ve tutarlılık için halihazırda temel çizgiler oluşturmaktadırlar.

Metal Tozu Depolama ve Taşıma

Metalik tozlar reaktif olabilir, bu nedenle uygun depolama ve kullanım baskıdan önce bozulmayı önler. Bazı temel önlemler şunlardır:

• İnert argon veya nitrojen atmosferi altında kapalı kaplarda saklayın
• Plastiklere karşı paslanmaz çelik gibi reaktif olmayan kaplar kullanın
• Taşıma ve depolama sırasında aşırı sıcaklıkları sınırlayın
• Konteynerlerin topraklama mekanizmalarına sahip olduğundan emin olun
• Topaklanma ve oksidasyona neden olan GÖRÜNÜR nemden kaçının
• Eldiven kutuları gibi oksijen olmayan ortamlarda tutun
• Tozlar hava ile yanabileceğinden tehlike kontrollerini kullanın

Statik elektriği dağıtan eldivenler, giysiler ve maskeler gibi göreve özel koruyucu ekipmanlar işleyicileri güvende tutar. Tehlikeli üretim malzemesi (HPM) uyumlu odalar veya konteynerler, yazıcıları yüklemeden önce sahada güvenli toz depolama alanları sağlar.

Metal tozlarının özenle işlenmesi, yüksek yeniden kullanım oranları ve daha az atık sağlar!

Metal Tozu Geri Dönüşümü

Baskıdan sonra kullanılmış tozun yeniden kullanılması büyük ekonomik ve çevresel avantajlara sahiptir. Toplama sistemleri kullanılmış tozu filtreleyip taze stoklarla karıştırarak tekrar üretime sokar.

Metal tozu, AM'de parça maliyetlerinin 30-50%'sine kadarını temsil ettiğinden, geri dönüşüm büyük tasarruf sağlar. Bazı en iyi uygulamalar şunlardır:

• Aşırı püskürtmeyi toplamak için yazıcılarda entegre vakum sistemleri kullanın
• Sıçrama gibi büyük kirlilikleri gidermek için kullanılan tozu eleyin
• Geri dönüştürülmüş tozu işlenmemiş stoklarla kontrollü oranlarda karıştırın
• Yeniden kullanılabilirlik için geri dönüştürülmüş karışımlar üzerinde kalite kontrolleri gerçekleştirin
• Birden fazla yeniden kullanım döngüsünden sonra azalan verimleri arayın
• Gerektiğinde kimyasal olarak rafine edin veya bozulmuş tozu yeniden atomize edin

As eklemeli üretim patlayıcı genişleme devam ederken, metal tozlarının geri dönüşümü büyüme için çok önemlidir. Bu, 3D baskı endüstrisinde ileriye dönük sürdürülebilirliğin önemli bir ayağıdır.

Metal Tozu Geliştirmenin Geleceği

Metal tozları 3D baskı devrimini mümkün kıldı. Ve devam eden toz ilerlemeleri yeni nesil uygulamaları da destekleyecektir. Bugün aktif Ar-Ge'nin görüldüğü alanlar şunlardır:

• Yeni alaşımlar: Yeni kimyasallar malzeme özelliklerini geleneksel metalürjinin ötesine taşıyor
• Nano tozlar: Olağanüstü çözünürlük için ultra ince mikron altı parçacıklar
• Hibrit tozlar: Gelişmiş niteliklere sahip kompozit met/seramik/polimer karışımları
• Toz modifikasyonu: Daha iyi akış veya reaktivite için kaplamalar ve işlemler
• Karakterizasyon: Kalite kontrol için geliştirilmiş metroloji ve test
• Geri dönüşüm: Artan yeniden kullanım ve geri kazanım kapasitesi

Küçük startup'lardan en büyük malzeme firmalarına kadar, büyük yatırımlar AM tozlarını geliştirmeye devam ediyor. Bu da ufukta bu tozlardan yararlanan daha yetenekli baskı uygulamaları olduğu anlamına geliyor!

SSS

Metal AM tozlarının geleneksel metal tozlarına kıyasla temel faydası nedir?

AM tozları, sadece pres ve sinter kullanımı için bileşime kıyasla baskıyı mümkün kılmak için partikül şekli, boyut dağılımı ve akış özellikleri gibi özelliklere odaklanır.

Metal AM tozları nasıl sıkı boyut dağılımlarıyla küresel hale getirilir?

Erimiş alaşımların dikkatle kontrol edilen koşullar altında gaz ve plazma atomizasyonu hassas parçacık tutarlılığı sağlar.

Eklemeli olarak üretilen metal parçalarda kullanımdan önce her zaman son işlem gerekli midir? Bu neleri içerir?

Sıcak izostatik presleme (HIP) ve ısıl işlem gibi son işlemler baskıları yoğunlaştırır ve mikro yapıları değiştirerek mekanik özellikleri geliştirir. Yüzey işlemeye de sıklıkla ihtiyaç duyulur.

Biyomedikal baskı uygulamalarında kullanılan yaygın metal alaşım tozları nelerdir ve neden?

Titanyum ve kobalt krom tozları mükemmel biyouyumlulukları sayesinde yaygındır. Paslanmaz çelik, cerrahi aletler gibi maliyetin önemli olduğu yerlerde de kullanılmaktadır.

AlSi10Mg veya 316L paslanmaz çelik gibi yaygın metal baskı tozunun bir kabının ağırlığı ne kadardır? Ve nasıl sevk edilir?

Konteynerler genellikle 10-30 kg'lık yükleri argon gibi koruyucu atmosferler altında paletler üzerinde gönderir. Küçük numuneler için vakumlu torbalar kullanılabilir. Yine de her zaman güvenlik önlemlerine uyun!

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin