Översikt
Additiv tillverkning (AM), även känd som 3D-printing, använder metallpulver för att konstruera komponenter lager för lager utifrån digitala modeller. Pulvret fungerar som råmaterial och smälts, sintras eller binds selektivt med hjälp av precisionsvärmekällor som styrs av CAD-geometrierna.
Populära AM-processer för metaller är bland annat bindemedelsstrålning, deponering med riktad energi, pulverbäddsfusion och plåtlaminering. Varje teknik kräver pulver med specifika egenskaper för att uppnå optimal densitet, ytfinish, dimensionell precision och mekaniska egenskaper i de tryckta delarna.
Den här guiden ger en djupgående inblick i metallpulver för AM, inklusive legeringsalternativ, produktionsmetoder, viktiga pulveregenskaper, tillämpningar, specifikationer, leverantörer och inköpshänsyn vid anskaffning av material. Användbara jämförelsetabeller sammanfattar tekniska data för att hjälpa till med val och kvalificering av pulver.
Genom att köpa in optimerat AM-pulver kan tillverkarna förbättra utskriftskvaliteten, minska antalet defekter och fullt ut utnyttja fördelarna med 3D-printing, som designfrihet, snabbare iteration och konsolidering av delar. Kontakten med kunniga leverantörer förenklar kvalificeringen av råmaterial.
Legeringsalternativ för AM-pulver
Ett stort antal metaller och legeringar finns tillgängliga som optimerade pulverråvaror för 3D-printingprocesser:
Vanliga legeringssystem för Additiv tillverkning Pulver
- Rostfria stål
- Verktygsstål
- Titan och titanlegeringar
- Aluminiumlegeringar
- Superlegeringar av nickel
- Kobolt-krom-legeringar
- Ädelmetaller som guld och silver
- Exotiska legeringar som koppar, tantal, volfram
Både standardlegeringar och speciallegeringar kan användas för att uppfylla specifika behov när det gäller korrosionsbeständighet, hållfasthet, hårdhet, ledningsförmåga eller andra egenskaper.
Metoder för produktion av metallpulver för AM
Additiv tillverkning använder metallpulver som produceras genom:
Typiska metoder för tillverkning av metallpulver för AM
- Atomisering av gas
- Atomisering av vatten
- Plasmaatomisering
- Elektrolys
- Karbonyljärnprocess
- Mekanisk legering
- Hydrering/dehydrering av metaller
- Sfäroidisering av plasma
- Granulering
Sfäriskt finfördelade pulver ger optimalt flöde och tät packning, vilket krävs för de flesta AM-processer. Vissa tekniker tillåter legeringspartiklar i nanoskala eller skräddarsydda legeringar.
Viktiga egenskaper hos AM-metallpulver
Kritiska pulveregenskaper för AM inkluderar:
Metall Additiv tillverkning Pulver Fastigheter
| Karaktäristisk | Typiska värden | Betydelse |
|---|---|---|
| Fördelning av partikelstorlek | 10 till 45 mikrometer | Påverkar förtätning, ytfinhet |
| Partikelns form | Sfärisk | Förbättrar pulverflöde och packning |
| Skenbar densitet | 2 till 4 g/cc | Påverkar pulverbäddens densitet |
| Tappdensitet | 3 till 6 g/cc | Indikerar kompressibilitet |
| Hall flödeshastighet | 25-50 s/50g | Säkerställer jämn spridning av pulver |
| Förlust vid tändning | 0.1-0.5% | Låg fukthalt förbättrar tryckningen |
| Syrehalt | <0,1% | Minimerar defekter från oxider |
Att exakt kontrollera egenskaper som partikelstorlek, form och kemi är avgörande för att uppnå helt täta AM-delar med önskade egenskaper.
Tillämpningar av AM-metallpulver
Additiv tillverkning möjliggör komplexa geometrier som inte kan åstadkommas med konventionella tekniker:
Tillämpningar för additiv tillverkning av metall
| Industri | Användningsområden | Fördelar |
|---|---|---|
| Flyg- och rymdindustrin | Turbinblad, strukturer | Designfrihet, viktreducering |
| Medicinsk | Implantat, proteser, instrument | Anpassade former |
| Fordon | Lättviktsdesign av prototyper och verktyg | Snabb iteration |
| Försvar | Delar till drönare, skyddskonstruktioner | Snabba prototyper och korta serier |
| Energi | Värmeväxlare, grenrör | Konsolidering av delar och optimering av topologi |
| Elektronik | Avskärmning, kylanordningar, EMI | Komplexa slutna strukturer |
Lättvikt, konsolidering av delar och högpresterande legeringar för extrema miljöer ger viktiga fördelar jämfört med traditionella tillverkningsmetoder.
Specifikationer för AM Metallpulver
Internationella specifikationer hjälper till att standardisera AM-pulvers egenskaper:
Metallpulverstandarder för additiv tillverkning
| Standard | Omfattning | Parametrar | Testmetoder |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Guide för karakterisering av AM-metaller | Provtagning, storleksanalys, kemi, defekter | Mikroskopi, diffraktion, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Titanlegeringar för AM | Partikelstorlek, kemi, flöde | Siktning, SEM-EDS |
| ASTM F3301 | Nickellegeringar för AM | Analys av partikelform och -storlek | Mikroskopi, bildanalys |
| ASTM F3056 | Rostfritt stål för AM | Kemi, pulveregenskaper | ICP-OES, pyknometri |
| ISO/ASTM 52921 | Standardterminologi för AM-pulver | Definitioner och pulveregenskaper | Olika |
Överensstämmelse med publicerade specifikationer säkerställer repeterbara pulverråvaror av hög kvalitet för kritiska tillämpningar.
Globala leverantörer av AM-metallpulver
Ledande internationella leverantörer av AM-optimerade metallpulver är bl.a:
Tillverkare av metallpulver för additiv tillverkning
| Leverantör | Material | Typisk partikelstorlek |
|---|---|---|
| Sandvik | Rostfritt stål, verktygsstål, nickellegeringar | 15-45 mikrometer |
| Praxair | Titan, superlegeringar | 10-45 mikrometer |
| AP&C | Titan-, nickel- och koboltlegeringar | 5-25 mikrometer |
| Snickare Tillsats | Koboltkrom, rostfritt, koppar | 15-45 mikrometer |
| LPW-teknik | Aluminiumlegeringar, titan | 10-100 mikrometer |
| EOS | Verktygsstål, koboltkrom, rostfritt | 20-50 mikrometer |
Många fokuserar på fina sfäriska pulver som är särskilt framtagna för vanliga AM-metoder som bindemedelsstrålning, pulverbäddsfusion och deponering med riktad energi.
Inköpsöverväganden för AM-metallpulver
Viktiga aspekter att diskutera med leverantörerna:
- Önskad legeringssammansättning och egenskaper
- Målsättning för partikelstorleksfördelning och -form
- Skärmdensitet och hallens flytbarhet
- Tillåtna föroreningsnivåer som syre och fukt
- Nödvändiga testdata och pulverkarakterisering
- Tillgängligt kvantitetsintervall och ledtider
- Särskilda försiktighetsåtgärder vid hantering av pyrofora legeringar
- Kvalitetssystem och spårbarhet av pulverursprung
- Teknisk expertis inom AM-pulverkrav
- Logistik och leveransmekanismer
Ha ett nära samarbete med leverantörer som har erfarenhet av AM-specifika pulver för att säkerställa ett idealiskt materialval för din process och dina komponenter.
För- och nackdelar med AM-metallpulver
Fördelar och begränsningar med metallpulver för additiv tillverkning
| Fördelar | Nackdelar |
|---|---|
| Möjliggör komplexa, kundanpassade geometrier | Högre kostnad än konventionella material |
| Förkortar utvecklingstiden dramatiskt | Försiktighetsåtgärder krävs vid hantering av pulver |
| Förenklar monteringar och lättvikter | Efterbearbetning ofta nödvändig för tryckfärdiga detaljer |
| Uppnår egenskaper som närmar sig smidda material | Begränsningar av storlek och byggvolym |
| Eliminerar dyra verktyg | Termiska påfrestningar kan orsaka sprickbildning och distorsion |
| Möjliggör konsolidering av delar och optimering av topologi | Lägre produktionsvolymer än med traditionella metoder |
| Förbättrar köp-till-flyg-förhållandet avsevärt | Kräver noggrann karakterisering av pulver och utveckling av parametrar |
När metall-AM används på rätt sätt ger det banbrytande fördelar, men det krävs expertis för att implementera det på ett framgångsrikt sätt.
Vanliga frågor
Hur liten kan partikelstorleken vara för additiv tillverkning av metall?
Specialiserade finfördelningstekniker kan producera pulver ner till 1-10 mikrometer, men de flesta metallskrivare fungerar bäst med en minsta storlek på cirka 15-20 mikrometer för bra flöde och packning.
Vad är orsaken till dålig ytfinish på tryckta metalldelar?
Ytjämnhet uppstår på grund av delvis smält pulver som fastnat på ytor, stänk, trappsteg och suboptimala egenskaper hos smältbadet. Genom att använda finare pulver och ställa in idealiska bearbetningsparametrar blir ytan jämnare.
Fungerar alla 3D-utskriftsmetoder för metall med samma pulver?
Även om det finns överlappning använder bindemedelsstrålning i allmänhet en bredare pulverstorleksfördelning än pulverbäddsfusion. Vissa processer är begränsade till vissa legeringar baserat på smältpunkter eller reaktivitet.
Hur framställs blandade eller bimetalliska pulver?
Förlegerade pulver säkerställer enhetliga egenskaper, men för kompositer ger fysisk pulverblandning eller specialiserade finfördelningstekniker anpassade blandningar av elementpulver.
Hur lång tid tar det att byta pulvermaterial i en metallskrivare?
En fullständig rensning och byte mellan väsentligt olika legeringar tar normalt 6-12 timmar. Snabba byten mellan liknande material kan ta mindre än en timme.
Slutsats
Optimerade metallpulver gör det möjligt att med additiva tillverkningsprocesser konstruera komplexa, robusta metallkomponenter med överlägsna egenskaper. Att matcha legeringskemi och pulveregenskaper med utskriftsmetoden och komponentens prestandakrav är avgörande för högkvalitativa resultat. Genom att samarbeta med erfarna pulverleverantörer kan slutanvändare dra nytta av expertis inom både pulverproduktion och 3D-utskriftsprocesser för att utveckla delar snabbare och mer tillförlitligt. Fortsatta framsteg inom metallpulver bidrar till ökad användning av additiv teknik i kritiska branscher.
