metal powders for 3d printing

Metal tozları toz yatağı füzyon teknolojisini kullanan eklemeli üretim için kritik bir hammaddedir. Bu kılavuz, seçici lazer eritme (SLM) ve elektron ışını eritme (EBM) gibi 3D baskı işlemlerinde kullanılan çeşitli metal tozlarına genel bir bakış sunmaktadır.

AM için Metal Tozlarına Giriş

Metal tozları, eklemeli üretim kullanarak karmaşık, yüksek performanslı metal parçaların basılmasını sağlar.

Kullanılan malzemeler:

• Paslanmaz çelikler
• Takım çelikleri
• Kobalt-krom alaşımları
• Titanyum ve titanyum alaşımları
• Alüminyum alaşımlar
• Nikel süper alaşımları
• Bakır alaşımları

Temel toz özellikleri:

• Kimya - Saflık ve bileşim
• Parçacık şekli ve morfolojisi
• Parçacık boyutu dağılımı
• Görünür yoğunluk ve musluk yoğunluğu
• Akışkanlık
• Tozun yeniden kullanımı

Toz üretim yöntemleri:

• Gaz atomizasyonu
• Su atomizasyonu
• Plazma atomizasyonu
• Elektrot indüksiyon eritme
• Karbonil süreci
• Mekanik alaşımlama

Paslanmaz Çelik Tozları

Paslanmaz çelik tozları genellikle korozyona dayanıklı parçaların basılması için kullanılır:

Alaşım türleri:

• 316L, 304L gibi östenitik çelikler
• 17-4PH gibi martensitik çelikler
• 2205 gibi dubleks çelikler
• 17-4PH, 15-5PH gibi çökelme sertleşmesi

Özellikleri:

• Yüksek korozyon ve oksidasyon direnci
• İyi mukavemet ve süneklik
• Yüksek alaşımlı çeliklere göre daha az çatlama eğilimi
• Yapı atmosferi gibi parametreler kritik

Uygulamalar:

• Kimya ve proses endüstrisi parçaları
• Denizcilik bileşenleri
• Tıbbi implantlar ve cihazlar
• Hijyen gerektiren gıda/ilaç endüstrisi parçaları

Tedarikçiler: Carpenter, Sandvik, Praxair, Höganäs, LPW Technology

Takım Çeliği Tozları

H13 gibi takım çelikleri, aşınma ve yüksek sertlikteki parçaların baskısı için idealdir:

Alaşım türleri:

• S7 gibi darbeye dayanıklı çelikler
• D2 gibi soğuk iş çelikleri
• H13, H11 gibi sıcak iş çelikleri
• M2 gibi yüksek hız çelikleri

Özellikleri:

• 60 HRC'ye kadar mükemmel sertlik
• Yüksek aşınma direnci
• İyi tokluk ve termal yorulma direnci
• Yüksek sıcaklıkta çözelti tavlaması gerektirir

Uygulamalar:

• Metal şekillendirme kalıpları ve kalıpları
• Kesici takımlar ve matkap uçları
• Aşınan parçalar ve rulmanlar
• Yüksek sıcaklık takımları

Tedarikçiler: Sandvik, Erasteel, LPW Teknolojisi, Tekna Plazma Sistemleri

Kobalt-Krom Alaşımları

Kobalt-krom tozları biyo-uyumlu implantlar ve diş restorasyonları basar:

Alaşım türleri:

• Co-28Cr-6Mo gibi CoCrMo
• Co-35Ni-20Cr-10Mo gibi CoNiCrMo
• Co-67Cr-28Fe gibi CoCr

Özellikleri:

• Mükemmel biyouyumluluk ve korozyon direnci
• Yüksek mukavemet ve sertlik
• Mafsallı eklemler için aşınma direnci
• Zorlu basılabilirlik ve çatlama eğilimi

Uygulamalar:

• Dental kopingler, köprüler ve kronlar
• Ortopedik diz ve kalça implantları
• Kraniyal plaklar gibi sabitleme cihazları
• Spinal füzyon donanımı

Tedarikçiler: SLM Çözümleri, Carpenter, Arcam EBM

Titanyum Tozları

Titanyum tozları güçlü, hafif basılı parçalar oluşturur:

Alaşım türleri:

• Ti Grade 1-4 gibi alaşımsız titanyum
• Ti-6Al-4V alaşımı
• Ti-6Al-7Nb alaşımı
• Diğer alfa + beta alaşımları

Özellikleri:

• Yüksek mukavemet/ağırlık oranı
• Mükemmel korozyon direnci
• İyi yüksek sıcaklık özellikleri
• Düşük yoğunluk - 4,5 g/cc
• Reaktiftir ve inert atmosfer gerektirir

Uygulamalar:

• Havacılık ve motor sporları bileşenleri
• Tıbbi implantlar ve protezler
• Gıda/kimya endüstrisi parçaları
• Otomotiv parçaları

Tedarikçiler: AP&C, Tekna, Carpenter Katkı Maddesi

Alüminyum Alaşımları

Alüminyum tozları hafif yapısal veya işlevsel parçalar basar:

Alaşım türleri:

• AlSi10Mg
• AlSi7Mg
• AlSi12
• Scalmalloy® ve diğer Al alaşımları

Özellikleri:

• Düşük yoğunluk - 2,7 g/cc
• İyi mukavemet ve sertlik
• Mükemmel ısı iletkenliği
• Çatlamaya ve artık gerilmelere eğilimli

Uygulamalar:

• Otomotiv ve motor sporları bileşenleri
• Havacılık ve uzay uygulamaları
• Isı eşanjörleri
• Alçı gibi tıbbi ekipmanlar

Tedarikçiler: AP&C, Sandvik, LPW Technology, ECKA Granules

Nikel Süperalaşımlar

Inconel 718 gibi nikel süper alaşımlar yüksek sıcaklıkta parçalar basar:

Alaşım türleri:

• Inconel 718
• Inconel 625
• Waspaloy
• Hastelloy X

Özellikleri:

• Mükemmel yüksek sıcaklık dayanımı
• İyi korozyon ve sürünme direnci
• Yüksek sıcaklıklarda stres altında çalışabilme
• İşlenmesi zor ve çatlamaya eğilimli

Uygulamalar:

• Türbin kanatları
• Yanma odası parçaları
• Uzay aracı bileşenleri
• Nükleer/kimya endüstrisi parçaları

Tedarikçiler: Praxair, Carpenter Additive, GE Additive

Bakır Alaşımları

CuCrZr gibi bakır alaşımları yüksek iletkenlikte parçalar basar:

Alaşım türleri:

• CuCr1Zr gibi bakır-krom
• CuNi2SiCr gibi bakır-nikel
• CuSn10 gibi bronzlar

Özellikleri:

• Mükemmel termal ve elektriksel iletkenlik
• İyi korozyon direnci
• Antibakteriyel özellik
• Çeliklerden ve Ni alaşımlarından daha düşük mukavemet

Uygulamalar:

• Baralar gibi elektrikli bileşenler
• Isı eşanjörleri ve ısı alıcıları
• Dalga kılavuzları ve RF bileşenleri
• Tıbbi aletler ve fiksasyonlar

Tedarikçiler: Sandvik, LPW Teknolojisi, Metalysis

Teknik Özellikler

AM'de kullanılan tipik metal tozu özellikleri:

Toz Üretim Yöntemleri

1. Gaz Atomizasyonu

• Son derece küresel toz
• 5-100 μm'lik küçük partikül boyutları
• Titanyum gibi reaktif alaşımlar için kullanılır

2. Su Atomizasyonu

• Düzensiz toz şekli
• 300 μm'ye kadar daha büyük partiküller
• Daha düşük maliyetli süreç

3. Plazma Atomizasyonu

• Kontrollü parçacık şekilleri
• Mikron altı ila 150 μm boyutları
• Yüksek saflıkta toz

4. Mekanik Alaşımlama

• Element harmanlama ve öğütme
• Özel alaşımlar için uygun maliyetli
• Büyük partikül boyutları

Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

• Paslanmaz çelik tozlarının kg başına maliyeti $45-$120
• Titanyum alaşım tozlarının maliyeti kg başına $150-$450
• Süper alaşımlar ve takım çeliklerinin kg başına maliyeti $250-$600

Fiyatlar alaşım, kalite, parti büyüklüğü ve satın alma anlaşmalarına bağlıdır.

Toz Taşıma ve Depolama

Kontaminasyonu önlemek için tozun uygun şekilde kullanılması kritik önem taşır:

• Özel toz eleme alanları kullanın
• İnert atmosferli eldiven kutuları ve hazneler sağlayın
• Statik yükleri dağıtmak için iletken kaplar kullanın
• Tüm ekipman ve taşıma konteynerlerinin topraklanması
• Yağ, su veya oksijen ile temastan kaçının
• Tozu inert gaz altında kapalı kaplarda saklayın
• Depolama sırasında sıcaklık ve nemi kontrol edin
• Taşıma sırasında KKD gibi güvenlik önlemlerine uyun

Doğru depolama tozun yeniden kullanım ömrünü uzatır.

Toz Eleme

Eleme, tutarlı partikül boyutları sağlar:

Avantajlar:

• Kusurlara neden olan uydu parçacıklarını giderir
• Aglomeraları parçalar
• Akış ve paketleme yoğunluğunu artırır
• Geri dönüştürülebilirlik sorunlarını azaltır
• Yabancı kirleticileri temizler

Prosedür:

• 20-63 μm civarında gözenek boyutları kullanarak tozu eleyin
• Rotasyonel veya titreşimli eleme kullanarak elekten geçirme
• Eleme işlemini inert atmosfer altında gerçekleştirin
• Kalan toz ağırlık yüzdesini belgeleyin

Eleme, ideal toz yayılabilirliğini sağlayarak parça kalitesini artırır.

Kurulum ve Devreye Alma

Toz sistemli bir metal AM yazıcının kurulumu şunları içerir:

• Kirlenmeyi önlemek için ekipman yüzeylerinin temizlenmesi
• İnert gaz bağlantılarında sızıntı testi
• Lazer veya elektron ışını gücünün kontrol edilmesi
• Toz boya sisteminin yüklenmesi ve test edilmesi
• Soğutucu, egzoz ve servis bağlantılarının entegrasyonu
• İzleme ve güvenlik sensörlerinin kurulması
• Toz eleme ve taşıma sistemlerinin doğrulanması
• Yapı plakası tesviyesini kalibre etme
• Örnek parçaların test baskısı ve kalite doğrulaması

Satıcılar kurulum ve devreye alma desteği sağlar.

Operasyon ve En İyi Uygulamalar

Yazıcı çalıştırma yönergeleri:

• Düzenli sızıntı kontrolleri ve inert gaz saflık testleri gerçekleştirin
• Tutarlı doku sağlamak için ön koşullu toz
• Yeni malzemeler için katman kalınlığını ve lazer parametrelerini ayarlama
• Eriyik havuzunu yakından izleyin ve parça sıcaklığını kontrol edin
• Test baskılarını kullanarak kritik boyutları doğrulama
• Toz durumunu izleyin ve yalnızca öneriler dahilinde yeniden kullanın
• Optikler, ışın dağıtım sistemi ve toz yeniden kaplama mekanizması üzerinde düzenli bakım gerçekleştirin

Personel güvenliği:

• Solunum maskeleri ve eldivenler gibi uygun KKD'leri kullanın
• Reaktif ince metal tozları ile temastan kaçının
• Atık tozu inert atmosfer altında uygun şekilde işleyin

Kısmi işlem sonrası:

• Alaşım ve uygulamaya göre uyarlanmış uygun çözelti ısıl işlemi ve yaşlandırma sıcaklıkları kullanın
• Gerilmeleri azaltmak için ısıl işlem sırasında rampa hızlarını kontrol edin
• Yoğunlukları iyileştirmek için gerekirse karmaşık parçalar için sıcak izostatik presleme kullanın
• CNC işleme ve parlatma gibi son işlem adımlarını uygulayın

Bakım ve Denetim

Düzenli bakım faaliyetleri:

Günlük:

• Aynalar, mercekler, camlar gibi optikleri hasar açısından inceleyin
• Yapı haznesini ve toz işleme sistemini temizleyin
• İnert gaz seviyelerini kontrol edin ve gerekirse yeniden şarj edin
• Elek mekanizmasını ve toz yeniden kaplayıcıyı test edin

Haftalık:

• Sensörleri ve enstrümantasyonu kalibre edin
• Bağlantı elemanlarını, elektrik terminallerini ve topraklamayı kontrol edin
• Motorlar ve sürücüler gibi hareketli parçaları yağlayın ve inceleyin
• Değiştirme için filtreleri izleyin

Aylık:

• Helyum kullanarak inert gaz sisteminde sızıntı testi
• Yangın dedektörleri gibi güvenlik cihazlarını inceleyin
• CHP sisteminin sağlığını kontrol edin

Yıllık:

• Ekipman tedarikçisi ile önleyici bakım planlayın
• Lazer güç ölçeri kalibre edin
• Filtreleri ve sarf malzemelerini değiştirin

Parça kalitesini ve ekipman sağlığını sürdürmek için satıcı yönergelerine göre bakım yapılması gerekir.

Doğru Metal Baskı Sistemini Seçmek

Bir metal AM makinesi seçerken göz önünde bulundurulması gereken faktörler:

1. Üretim Gereklilikleri

• Üretilecek bileşenlerin türü
• Parça özelliklerine göre gerekli malzeme
• Üretim hacmi gereksinimleri
• Gerekli hassasiyet ve yüzey kalitesi

2. Yazıcı Özellikleri

• Desteklenen malzemeler ve parametreler
• Yapı boyutu ve hızı
• Hassasiyet ve tekrarlanabilirlik
• İnert atmosfer yönetimi
• Otomasyon özellikleri ve kontrolleri

3. Toz Taşıma Sistemi

• Entegre veya bağımsız sistem
• Eleme, besleme, depolama ve yeniden kullanım özellikleri
• Titanyum gibi reaktif malzemeler için muhafaza
• Kirlenmeyi önlemek için izleme özellikleri

4. Standartlara Uygunluk

• ASTM F3301 gibi endüstri standartları
• Üretici kalite sertifikaları
• Güvenlik standartlarına uygunluk

5. Tedarikçi Kimlik Bilgileri

• AM endüstrisinde kanıtlanmış geçmiş performans
• Yerel satış ve teknik destek olanakları
• Bakım sözleşmeleri ve sunulan hizmetler
• Operatör eğitim planları
• Genel sahip olma maliyeti

Bu kriterler kullanılarak yapılan kapsamlı ihtiyaç analizi ve makine tekliflerinin karşılaştırılması, üretim ihtiyaçlarına göre uyarlanmış ideal 3D metal baskı sisteminin seçilmesiyle sonuçlanır.

Metal AM'nin Artıları ve Eksileri

Avantajlar:

• Kolayca basılan yüksek geometrik karmaşıklık
• İşlevsel parçalara daha kısa sürede ulaşma
• Eksiltici süreçlere kıyasla daha az atık
• Doğrudan CAD'den tek kurulumla üretim
• Hafifletme ve parça birleştirme potansiyeli
• Tasarlanmış alaşımlarla performans iyileştirmeleri
• Özelleştirme ve toplu özelleştirme yetenekleri

Dezavantajlar:

• Yüksek makine ve malzeme maliyetleri
• Gerekli ek işlem sonrası adımlar
• Yapı odasına göre sınırlı boyut
• Dahili kusurların kontrolü zor olabilir
• Malzeme özellikleri dövmeye göre değişebilir
• Yüzey bitirme sınırlamaları son işlem gerektirebilir
• Eğitim ve uzmanlık gereksinimleri

Yaygın Metal AM Sorunlarını Giderme

SSS

S: AM için hangi metal alaşım tozları kullanılabilir?

C: Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, titanyum alaşımları, nikel süper alaşımları, alüminyum alaşımları, kobalt-krom ve bakır alaşımları yaygındır.

S: Kullanılan toz partikül boyutlarının tipik aralığı nedir?

C: PBF-LB/M süreçleri için 10-45 mikron yaygındır ve 20-45 μm civarında daha sıkı bir dağılım söz konusudur.

S: Metal tozları ne kadar süre dayanabilir?

C: İdeal argon depolaması ile birçok alaşım 1-2 yıl dayanır. Yeniden kullanım ömrü daha kısadır - alaşıma bağlı olarak 20-100 baskı.

S: Metal AM parçalarında hangi işlem sonrası adımlar gereklidir?

C: Destek kaldırma, ısıl işlem, CNC işleme gibi yüzey bitirme, parlatma ve kaplama genellikle gereklidir.

S: Titanyum ve alüminyum gibi reaktif metal tozları nasıl işleniyor?

C: Oksijen toplanmasını önlemek için inert argon atmosferi altında özel toz işleme gereklidir.

S: Yaygın toz kontaminasyonu riskleri nelerdir?

A: Oksijen veya nitrojen toplanmasına yol açan atmosfere maruz kalma. İşleme veya aşınmadan kaynaklanan metalik parçacıklar. Yağ ve nem.

S: Metal tozlarını nitelemek için hangi standartlar kullanılıyor?

A: ASTM B214, ASTM B812, ASTM F3049, ASTM F3301 ve MPIF standartları.

S: Toz eleme neden önemlidir?

C: Aglomeraları parçalar, uyduları giderir ve yüksek yoğunluk ve yüzey kalitesi için optimum ve tutarlı toz boyutu sağlar.

Sonuç

Metal tozları, bazı durumlarda işlenmiş malzemelerden daha iyi özelliklere sahip gelişmiş, yüksek performanslı bileşenlerin katkılı üretimini sağlar. Paslanmaz çeliklerden süper alaşımlara ve titanyuma kadar çok çeşitli alaşımlar, havacılık, tıp, otomotiv ve genel endüstrilerdeki zorlu uygulamalara göre uyarlanmış toz formunda mevcuttur. Alaşımlarda, kalite standartlarında, üretim süreçlerinde, makinelerde ve parça özelliklerinde sürekli iyileştirmelerle metal AM, küresel olarak temel bir üretim teknolojisi haline gelmektedir. Bununla birlikte, tüm faydalardan yararlanmak için süreç ve malzeme uzmanlığı ve titiz kalite kontrolü şarttır. Daha fazla deneyim kazanıldıkça, metal AM daha fazla tasarım özgürlüğü ve daha kısa teslim süreleri ile karmaşık ve özelleştirilmiş parçalar üretmek için benzeri görülmemiş yetenekler sağlar.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin