Druk 3D z wykorzystaniem proszków metali przekształca produkcję w różnych branżach, od lotniczej po medyczną. Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd proszków metali do druku 3D, w tym rodzaje stopów, metody produkcji proszków, kluczowe właściwości, zastosowania, specyfikacje, rozważania dotyczące procesów, krajobraz dostawców, koszty i często zadawane pytania. Służy on jako techniczne źródło informacji dla inżynierów badających zastosowanie produkcji addytywnej opartej na proszkach metali.
Wprowadzenie do Proszek metalowy do druku 3D
Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna (AM), tworzy komponenty warstwa po warstwie z modeli cyfrowych. Wykorzystanie proszków metali umożliwia drukowanie 3D na skalę przemysłową z materiałów klasy inżynieryjnej.
Zalety technologii AM opartej na proszkach metali obejmują
- Złożone geometrie nieosiągalne przy obróbce skrawaniem
- Indywidualne projekty z możliwością masowej personalizacji
- Mniejsza ilość odpadów w porównaniu do metod subtraktywnych
- Krótszy czas opracowywania prototypów
- Konsolidacja zespołów w pojedyncze części drukowane
- Wysoka wytrzymałość i stabilność termiczna
- Potencjał produkcji just-in-time
Proszki metali w wyjątkowy sposób umożliwiają drukowanie 3D gęstych, wysokowydajnych komponentów metalowych w zastosowaniach lotniczych, medycznych, motoryzacyjnych i przemysłowych.
proszek metalowy do druku 3D Rodzaje dla AM
Szereg metali i stopów jest wykorzystywanych jako surowiec proszkowy do druku 3D. Typowe opcje obejmują:
| Materiał | Kluczowe właściwości |
|---|---|
| Stal nierdzewna | Odporność na korozję, wysoka wytrzymałość |
| Stal narzędziowa | Ekstremalna twardość, odporność na zużycie |
| Tytan | Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi |
| Aluminium | Lekkość, wysoka przewodność |
| Stopy niklu | Odporność na ciepło, wytrzymałość |
| Chrom kobaltowy | Biokompatybilność, twardość |
Wybierając zoptymalizowane stopy, właściwości materiału, takie jak twardość, wytrzymałość, plastyczność i odporność na zużycie, można dostosować do drukowanych części.
Metody produkcji proszków metali
Typowe metody produkcji proszków do druku 3D obejmują:
- Atomizacja gazu - Gaz obojętny zamienia stopiony stop w kuliste kropelki. Wysoka czystość i płynność.
- Atomizacja plazmowa - Plazma o bardzo wysokiej temperaturze topi stop w drobne kule. Czysta struktura wewnętrzna.
- Stopowanie mechaniczne - Frezowanie kulowe syntetyzuje stopy z mieszanek pierwiastków. Cząstki nanostrukturalne.
Atomizacja gazowa jest dominującą metodą, pozwalającą na ekonomiczną produkcję dużych ilości sferycznych proszków, idealnych do większości procesów AM.
Jak proszki metali umożliwiają druk 3D
W druku 3D metodą fuzji w złożu proszkowym proszek metalowy jest selektywnie topiony przez źródło ciepła warstwa po warstwie:
Powder Bed Fusion AM
- Proszek rozprowadzony w cienką warstwę
- Laser lub wiązka elektronów topi wzór proszku
- Kolejna warstwa proszku rozprowadzona na poprzedniej
- Powtarzane warstwa po warstwie aż do ukończenia
- Niestopiony proszek wspiera część
- Doskonała dokładność wymiarowa i wykończenie powierzchni
Drobny, sferyczny proszek umożliwia gęste upakowanie w celu drukowania w wysokiej rozdzielczości. Rozkład wielkości cząstek musi być dopasowany do wymagań drukarki.
Specyfikacje proszków metali dla AM
Kluczowe właściwości proszku do druku 3D obejmują:
Specyfikacje proszków metali dla AM
| Parametr | Typowa wartość |
|---|---|
| Wielkość cząstek | 10-45 mikronów |
| Kształt cząsteczki | Kulisty |
| Rozkład wielkości | D10, D50, D90 |
| Płynność | Mierzone w sekundach/50g |
| Gęstość pozorna | 2,5-4,5 g/cm3 |
| Gęstość kranu | Gęstość ciała stałego do 80% |
| Czystość | 98-99% |
| Tlenki powierzchniowe | Mniej niż 1% wagowo |
Właściwości te mają bezpośredni wpływ na upakowanie proszku, rozprowadzanie, absorpcję lasera, ponowne użycie proszku i końcowe właściwości części.
Rozkład wielkości proszku metalu
Zakres wielkości cząstek musi być zgodny z wymaganiami drukarki:
Zakresy wielkości cząstek dla AM
| Typ | Zakres rozmiarów |
|---|---|
| Drobny proszek | 15-25 mikronów |
| Średni proszek | 25-45 mikronów |
| Proszek gruboziarnisty | 45-75 mikronów |
- Drobniejsze proszki zapewniają wyższą rozdzielczość i wykończenie powierzchni
- Grubsze proszki mają lepszy przepływ i mniejsze pylenie
Idealny rozkład wielkości zależy od marki i modelu drukarki. Niestandardowy rozkład optymalizuje wydajność.
Jak wybrać proszek metalowy do AM
Kluczowe kwestie dotyczące proszku metalowego obejmują:
- Drukarka 3D - Zgodny zakres rozmiarów, idealna morfologia
- Właściwości materiału - Potrzeby w zakresie mechaniki, fizyki i przetwarzania końcowego
- Standardy jakości - Analityka proszków, spójność między partiami
- Czas realizacji i dostępność - Stopy standardowe a zamówienia niestandardowe
- Ilość - Rabaty hurtowe przy wyższych wolumenach
- Możliwości dostawcy - Zakres materiałów i wiedzy specjalistycznej
Ścisła współpraca z renomowanymi producentami proszków i producentami OEM drukarek w celu określenia optymalnego materiału dla potrzeb aplikacji.
Dostawcy proszków metali dla AM
Do wiodących globalnych dostawców wysokiej jakości proszków metali dla AM należą:
Dostawcy proszków metali dla przemysłu AM
| Dostawca | Kluczowe materiały |
|---|---|
| AP&C | Tytan, glinek tytanu, stopy niklu |
| Carpenter Additive | Stale nierdzewne, stale narzędziowe, stopy kobaltu |
| Sandvik Osprey | Stale nierdzewne, stopy niklu, tytan |
| Praxair | Stopy tytanu, niklu i kobaltu |
| Technologia LPW | Tytan, aluminium, stal |
| AMG Superalloys UK | Glinek tytanu, stopy niklu |
Firmy te oferują rozległą wiedzę techniczną zarówno w zakresie stopów, jak i procesów AM. Niektóre z nich są zintegrowane pionowo, aby produkować, charakteryzować, a nawet drukować 3D za pomocą swoich proszków.
Ceny proszków metali do druku 3D
Jako materiał specjalny, proszki do drukowania metali są droższe niż tradycyjne proszki metalowe. Czynniki cenotwórcze:
- Skład - Droższe stopy oznaczają wyższe ceny proszków
- Czystość - Ściślejsza kontrola chemiczna podnosi koszty
- Metoda produkcji - Specjalistyczne metody kosztują więcej niż atomizacja
- Rozkład wielkości - Drobniejsze gatunki są droższe
- Ilość - Zamówienia hurtowe powyżej 1000 kg oferują zniżki cenowe
Typowe zakresy cen proszków metali dla AM
| Materiał | Cena za kg |
|---|---|
| Stal nierdzewna | $25-$100 |
| Stal narzędziowa | $50-$150 |
| Tytan | $100-$500 |
| Stopy niklu | $50-$500 |
| Chrom kobaltowy | $100-$300 |
Uzyskaj aktualne ceny od wybranych dostawców podczas pozyskiwania materiałów do produkcji AM.
Rozważania procesowe dotyczące proszków do obróbki plastycznej metali
Sukces z metalowymi proszkami do druku 3D wymaga uwagi:
- Kontrola wilgotności - Suchy proszek zapobiega kruchości wodorowej
- Recykling - Ponowne użycie nieroztopionego proszku do ~20 razy przy prawidłowym obchodzeniu się z nim
- Przesiewanie - Klasyfikacja i przesiewanie proszku przed ponownym użyciem
- Wskaźniki świeżego proszku - Wymieszać ze świeżym proszkiem 10-30% w celu ponownego użycia
- Obsługa - Środowisko obojętne, uziemione pojemniki
- Przechowywanie - Szczelne kontenery, przestrzeń z kontrolą klimatu
- Bezpieczeństwo - Ryzyko wybuchu wymaga kontroli łagodzących
Należy przestrzegać wszystkich środków ostrożności dotyczących proszków i procedur zalecanych przez producenta drukarki.
Przyszłość proszków metali AM
Nowe osiągnięcia w dziedzinie druku 3D z proszków metali obejmują:
- Nowe stopy i kompozyty zapewniające lepsze właściwości materiałów
- Krótsze czasy drukowania dzięki systemom wielolaserowym i większej mocy
- Większe koperty drukowania zwiększające możliwości w zakresie rozmiaru części
- Produkcja hybrydowa łącząca AM z obróbką skrawaniem
- Zautomatyzowane przetwarzanie końcowe, takie jak pozbawianie proszku i obróbka cieplna
- Rozszerzone zastosowanie w sektorach regulowanych, takich jak lotnictwo i medycyna
- Większy nacisk na kontrolę jakości i powtarzalność procesów
Wraz z postępem technologicznym należy spodziewać się szerszego zastosowania technologii AM w wielu branżach.
Najczęściej zadawane pytania
P: Jaki jest najczęściej używany proszek metalowy do AM?
Stal nierdzewna Alloy 316L jest jednym z najpopularniejszych materiałów o dobrym połączeniu drukowności, właściwości mechanicznych i odporności na korozję.
P: Jaki jest typowy średni zakres wielkości cząstek dla metalowych proszków AM?
O: Średnia wielkość większości proszków metalowych AM wynosi od 15 do 45 mikronów. Drobniejsze proszki o wielkości około 15-25 μm zapewniają najlepszą rozdzielczość.
P: Jakie środki ostrożności należy stosować w przypadku proszków metali?
O: Pojemniki przewodzące uziemione w celu rozproszenia ładunków elektrostatycznych. Komory rękawicowe z atmosferą argonu lub azotu. Systemy zapobiegania wybuchowi pyłu. ŚRODKI OCHRONY INDYWIDUALNEJ.
P: Czy proszek metalowy psuje się lub traci ważność?
O: Prawidłowo przechowywany w szczelnie zamkniętych pojemnikach proszek metalowy może przetrwać 1-5 lat w zależności od stopu. Kontrola wilgotności ma kluczowe znaczenie.
P: Jaki jest typowy poziom czystości proszków metali dla AM?
O: Czystość 98-99% jest typowa dla proszków AM rozpylanych gazowo. Wyższa czystość zmniejsza ilość zanieczyszczeń i poprawia właściwości końcowe.
P: Które stopy są kompatybilne z implantami biomedycznymi?
O: Tytan i chrom kobaltowy są powszechnie stosowane dzięki biokompatybilności i możliwości późniejszej obróbki do ostatecznych wymagań implantu.
P: Jakie metody druku AM wykorzystują proszki?
O: Główne metody to rozpylanie spoiwa, synteza złoża proszku za pomocą lasera lub wiązki elektronów oraz ukierunkowane osadzanie energii.
P: Jak drogie są proszki metali w porównaniu do metali luzem?
W przeliczeniu na kilogram, proszki metali są od 10 do 100 razy droższe niż formy sypkie, w zależności od stopu i procesu.
P: Czy można drukować czyste metale, takie jak srebro i złoto?
O: Tak, ale wersje stopowe są bardziej powszechne ze względu na lepszą wytrzymałość i drukowalność. Czyste metale szlachetne stanowią wyzwanie.
Kluczowe wnioski dotyczące proszków metali dla AM
- Sferyczne proszki rozpylane gazowo umożliwiają drukowanie w wysokiej rozdzielczości
- Ścisłe dopasowanie rozkładu wielkości proszku do wymagań drukarki
- Wiodący globalni dostawcy dostarczają kwalifikowane proszki do druku AM
- Kontrola atmosfery obsługi zapobiega utlenianiu i wilgoci
- Proszek może być ponownie użyty do 20 razy, jeśli zostanie odpowiednio przesiany i wymieszany.
- Droższe niż konwencjonalne proszki metali, ale umożliwiają tworzenie nowych geometrii
- Ciągły postęp w zakresie rozszerzania stopów, rozmiarów, drukarek i zastosowań
Surowiec w postaci proszku metalowego uwalnia potencjał cyfrowej produkcji addytywnej w różnych sektorach przemysłu. Ciągłe postępy będą napędzać większą adopcję w perspektywie długoterminowej.
