Przegląd
Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna (AM), wykorzystuje proszki metali do konstruowania złożonych komponentów warstwa po warstwie bezpośrednio z modeli cyfrowych. Proszki są selektywnie topione lub wiązane przez precyzyjne źródła ciepła kierowane geometrią modelu CAD.
Popularne procesy AM dla metali obejmują rozpylanie spoiwa, ukierunkowane osadzanie energii, stapianie w łożu proszkowym, laminowanie arkuszy i inne. Każdy z nich wymaga surowca proszkowego o określonych właściwościach, aby uzyskać optymalną gęstość, wykończenie powierzchni, dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne.
Niniejszy przewodnik zawiera dogłębne spojrzenie na proszki metali do druku 3D, w tym rodzaje stopów, metody produkcji proszków, kluczowe właściwości proszków, zastosowania, specyfikacje, dostawców i kwestie związane z zakupami podczas pozyskiwania materiałów. Pomocne tabele porównawcze podsumowują dane techniczne, aby pomóc w wyborze i kwalifikacji proszku.
Współpraca z doświadczonymi dostawcami zoptymalizowanych proszków do druku 3D umożliwia producentom poprawę jakości druku, redukcję defektów i pełne wykorzystanie zalet AM, takich jak swoboda projektowania, szybsza iteracja i konsolidacja części.
Stopy dla proszków do druku 3D
Szeroka gama metali i stopów jest dostępna w postaci proszku odpowiedniego do procesów AM:
Wspólne systemy stopów dla Proszki metali do druku 3D
- Stale nierdzewne
- Stale narzędziowe
- Tytan i stopy tytanu
- Stopy aluminium
- Nadstopy niklu
- Stopy kobaltowo-chromowe
- Stopy miedzi
- Metale szlachetne
Zarówno standardowe, jak i niestandardowe stopy mogą być dostarczane w celu spełnienia określonych wymagań aplikacji w zakresie odporności na korozję, wytrzymałości, twardości, przewodności lub innych właściwości.
Metody produkcji proszków metali dla AM
Produkcja addytywna wykorzystuje proszki metali wytwarzane poprzez:
Typowe metody wytwarzania proszków metali na potrzeby druku 3D
- Atomizacja gazu
- Rozpylanie wody
- Atomizacja plazmowa
- Elektroliza
- Proces żelaza karbonylowego
- Stopy mechaniczne
- Uwodnienie/odwodnienie metalu
- Sferoidyzacja plazmy
- Granulacja
Sferyczne rozpylane proszki zapewniają optymalny przepływ i gęste upakowanie potrzebne w większości procesów AM. Niektóre techniki pozwalają na uzyskanie nanoskali lub niestandardowych cząstek stopu.
Kluczowe właściwości proszków do drukowania na metalu
Krytyczne właściwości proszku dla AM obejmują:
Właściwości proszku do druku 3D z metalu
| Charakterystyka | Typowe wartości | Znaczenie |
|---|---|---|
| Rozkład wielkości cząstek | 10 do 45 mikronów | Wpływa na zagęszczanie, wykończenie powierzchni |
| Kształt cząsteczki | Kulisty | Poprawia przepływ i uszczelnienie |
| Gęstość pozorna | 2 do 4 g/cc | Wpływa na gęstość łóżka |
| Gęstość kranu | 3 do 6 g/cc | Wskazuje ściśliwość |
| Natężenie przepływu w hali | 25-50 s/50 g | Zapewnia płynne rozprowadzanie proszku |
| Utrata przy zapłonie | 0.1-0.5% | Niska wilgotność poprawia drukowanie |
| Zawartość tlenu | <0,1% | Minimalizuje defekty mikrostrukturalne |
Precyzyjna kontrola właściwości, takich jak rozmiar, kształt i skład chemiczny cząstek, ma kluczowe znaczenie dla uzyskania w pełni gęstych części AM o pożądanych właściwościach mechanicznych.
Zastosowania Proszki metali do druku 3D
AM umożliwia tworzenie złożonych geometrii niemożliwych do uzyskania za pomocą konwencjonalnych technik:
Zastosowania druku 3D w metalu
| Przemysł | Zastosowania | Korzyści |
|---|---|---|
| Lotnictwo i kosmonautyka | Łopaty turbin, konstrukcje | Swoboda projektowania, redukcja masy |
| Medyczny | Implanty, protetyka, narzędzia | Niestandardowe kształty |
| Motoryzacja | Lekkie prototypy i narzędzia | Szybka iteracja |
| Obrona | Części do dronów, konstrukcje ochronne | Szybkie prototypy i krótkie serie |
| Energia | Wymienniki ciepła, kolektory | Konsolidacja części i optymalizacja topologii |
| Elektronika | Ekranowanie, urządzenia chłodzące, EMI | Złożone struktury zamknięte |
Lekkość, konsolidacja części i wysokowydajne stopy do pracy w ekstremalnych warunkach zapewniają kluczowe korzyści w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji.
Specyfikacje dla proszków metalowych do druku 3D
Międzynarodowe specyfikacje pomagają standaryzować właściwości proszków AM:
Standardy proszków metali dla produkcji addytywnej
| Standard | Zakres | Parametry | Metody testowe |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Przewodnik po charakteryzowaniu metali AM | Pobieranie próbek, analiza wielkości, chemia, wady | Mikroskopia, dyfrakcja, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Stopy tytanu dla AM | Rozmiar cząstek, skład chemiczny, przepływ | Przesiewanie, SEM-EDS |
| ASTM F3301 | Stopy niklu dla AM | Analiza kształtu i rozmiaru cząstek | Mikroskopia, analiza obrazu |
| ASTM F3056 | Stal nierdzewna dla AM | Chemia, właściwości proszku | ICP-OES, piknometria |
| ISO/ASTM 52921 | Standardowa terminologia dla proszków AM | Definicje i właściwości proszku | Różne |
Zgodność z opublikowanymi specyfikacjami zapewnia powtarzalną, wysoką jakość surowca proszkowego do krytycznych zastosowań.
Globalni dostawcy Proszki metali do druku 3D
Wiodący międzynarodowi dostawcy proszków metali zoptymalizowanych pod kątem AM to m.in:
Producenci proszków metalowych do druku 3D
| Dostawca | Materiały | Typowy rozmiar cząstek |
|---|---|---|
| Sandvik | Stal nierdzewna, stal narzędziowa, stopy niklu | 15-45 mikronów |
| Praxair | Tytan, nadstopy | 10-45 mikronów |
| AP&C | Stopy tytanu, niklu i kobaltu | 5-25 mikronów |
| Carpenter Additive | Chrom kobaltowy, stal nierdzewna, miedź | 15-45 mikronów |
| Technologia LPW | Stopy aluminium, tytan | 10-100 mikronów |
| EOS | Stal narzędziowa, chrom kobaltowy, stal nierdzewna | 20-50 mikronów |
Wiele z nich koncentruje się na drobnych kulistych proszkach specjalnie zaprojektowanych do powszechnych metod AM, takich jak rozpylanie spoiwa, fuzja złoża proszku i ukierunkowane osadzanie energii.
Rozważania dotyczące zakupu proszku metalowego do druku 3D
Kluczowe aspekty do omówienia z dostawcami proszków metali:
- Pożądany skład i właściwości stopu
- Docelowy rozkład wielkości i kształt cząstek
- Gęstość obudowy i płynność hali
- Dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń, takich jak tlen i wilgoć
- Wymagane dane testowe i charakterystyka proszku
- Dostępny zakres ilości i czas realizacji
- Specjalne środki ostrożności przy obchodzeniu się z materiałami piroforycznymi
- Systemy jakości i identyfikowalność pochodzenia proszku
- Wiedza techniczna w zakresie wymagań dotyczących proszków specyficznych dla AM
- Logistyka i mechanizmy dostawy
Ściśle współpracuj z dostawcami doświadczonymi w optymalizacji proszków AM, aby zapewnić idealny dobór proszku do procesu i komponentów.
Plusy i minusy proszków do druku 3D z metalu
Zalety i ograniczenia proszków metali dla AM
| Zalety | Wady |
|---|---|
| Umożliwia tworzenie złożonych, niestandardowych geometrii | Wyższy koszt niż w przypadku konwencjonalnych materiałów |
| Znacznie skraca czas tworzenia oprogramowania | Wymagane środki ostrożności przy obchodzeniu się z proszkiem |
| Upraszcza montaż i obniża wagę | Post-processing jest często wymagany w przypadku części drukowanych na gotowo |
| Osiąga właściwości zbliżone do materiałów kutych | Ograniczenia rozmiaru i objętości kompilacji |
| Eliminacja kosztownych matryc, form i oprzyrządowania | Naprężenia termiczne mogą powodować pękanie i odkształcenia |
| Umożliwia konsolidację części i optymalizację topologii | Niższe wolumeny produkcji niż w przypadku tradycyjnych metod |
| Znacznie poprawia współczynnik zakupu do lotu | Wymaga rygorystycznej charakterystyki proszku i opracowania parametrów |
Przy odpowiednim zastosowaniu, technologia AM zapewnia przełomowe korzyści, ale wymaga specjalistycznej wiedzy, aby skutecznie ją wdrożyć.
FAQ
Jak mały może być rozmiar cząstek proszku metalu dla AM?
Specjalistyczne techniki atomizacji mogą wytwarzać proszek o wielkości od 1 do 10 mikronów, jednak większość drukarek do metali działa najlepiej z minimalnym rozmiarem około 15-20 mikronów dla dobrego przepływu i upakowania.
Co powoduje słabe wykończenie powierzchni drukowanych części metalowych?
Chropowatość powierzchni wynika z częściowo stopionego proszku przylegającego do powierzchni, rozprysków, schodków i nieoptymalnych właściwości jeziorka. Używanie drobniejszych proszków i wybieranie idealnych parametrów przetwarzania wygładza wykończenie.
Czy wszystkie metody druku 3D z metalu działają z tymi samymi proszkami?
Procesy te pokrywają się, jednak w przypadku rozpylania spoiwa generalnie stosuje się szerszy rozkład wielkości proszku niż w przypadku stapiania w złożu proszkowym. Niektóre procesy są ograniczone do określonych stopów na podstawie temperatury topnienia lub reaktywności.
Jak powstają proszki mieszane lub bimetaliczne?
Wstępnie stopione proszki zapewniają jednolite właściwości, ale w przypadku kompozytów, fizyczne mieszanie proszków lub specjalistyczne techniki atomizacji zapewniają mieszane mieszanki proszków elementarnych.
Jak długo trwa wymiana materiału proszkowego w drukarce do metalu?
Pełne czyszczenie i zmiana między znacznie różniącymi się stopami wymaga zazwyczaj 6-12 godzin. Szybkie zmiany między podobnymi materiałami mogą trwać mniej niż godzinę.
Wnioski
Zoptymalizowane proszki metali umożliwiają procesom wytwarzania przyrostowego konstruowanie złożonych, wytrzymałych elementów metalowych o doskonałych właściwościach. Dopasowanie składu chemicznego stopu i właściwości proszku do metody drukowania i wymagań dotyczących wydajności komponentów ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości wyników. Współpracując z doświadczonymi dostawcami proszków, użytkownicy końcowi wykorzystują wiedzę zarówno w zakresie produkcji proszków, jak i procesów drukowania 3D, aby szybciej i bardziej niezawodnie opracowywać solidne komponenty AM.
