Przegląd
Produkcja przyrostowa (AM), znana również jako druk 3D, wykorzystuje proszki metali do konstruowania komponentów warstwa po warstwie w oparciu o modele cyfrowe. Proszek pełni rolę surowca i jest selektywnie topiony, spiekany lub wiązany przez precyzyjne źródła ciepła kierowane przez geometrię CAD.
Popularne procesy AM dla metali obejmują natryskiwanie spoiwa, ukierunkowane osadzanie energetyczne, stapianie w złożu proszkowym i laminowanie arkuszy. Każda technika wymaga proszku o określonych właściwościach, aby osiągnąć optymalną gęstość, wykończenie powierzchni, precyzję wymiarową i właściwości mechaniczne drukowanych części.
Ten przewodnik zawiera szczegółowe omówienie proszków metalicznych dla AM, w tym opcje stopów, metody produkcji, kluczowe właściwości proszku, zastosowania, specyfikacje, dostawców i względy zakupowe przy pozyskiwaniu materiału. Pomocne tabele porównawcze podsumowują dane techniczne, aby pomóc w wyborze i kwalifikacji proszku.
Pozyskiwanie zoptymalizowanego proszku AM umożliwia producentom poprawę jakości druku, redukcję defektów i pełne wykorzystanie zalet drukowania 3D, takich jak swoboda projektowania, szybsza iteracja i konsolidacja części. Kontakt z kompetentnymi dostawcami upraszcza kwalifikację surowców.
Opcje stopów dla proszku AM
Dostępna jest szeroka gama metali i stopów jako zoptymalizowany surowiec proszkowy do procesów drukowania 3D:
Wspólne systemy stopowe dla Proszek do wytwarzania przyrostowego
- Stale nierdzewne
- Stale narzędziowe
- Tytan i stopy tytanu
- Stopy aluminium
- Nadstopy niklu
- Stopy kobaltowo-chromowe
- Metale szlachetne, takie jak złoto, srebro
- Stopy egzotyczne, takie jak miedź, tantal, wolfram
Można pozyskać zarówno stopy standardowe, jak i niestandardowe, aby spełnić określone wymagania w zakresie odporności na korozję, wytrzymałości, twardości, przewodności lub innych właściwości.
Metody produkcji proszków metali dla AM
W produkcji przyrostowej wykorzystuje się proszek metalowy wytwarzany w następujący sposób:
Typowe metody wytwarzania proszków metali dla AM
- Atomizacja gazu
- Rozpylanie wody
- Atomizacja plazmowa
- Elektroliza
- Proces żelaza karbonylowego
- Stopy mechaniczne
- Wodorkowanie/odwodnianie metali
- Sferoidyzacja plazmy
- Granulacja
Sferyczne, atomizowane proszki zapewniają optymalny przepływ i gęste upakowanie wymagane w większości procesów AM. Niektóre techniki pozwalają na wykorzystanie cząstek stopu w skali nano lub dostosowanych do indywidualnych potrzeb.
Kluczowa charakterystyka proszku metalicznego AM
Krytyczne właściwości proszku dla AM obejmują:
Metal Proszek do wytwarzania przyrostowego Właściwości
| Charakterystyka | Typowe wartości | Znaczenie |
|---|---|---|
| Rozkład wielkości cząstek | 10 do 45 mikronów | Wpływa na zagęszczenie i wykończenie powierzchni |
| Kształt cząsteczki | Kulisty | Poprawia przepływ i upakowanie proszku |
| Gęstość pozorna | 2 do 4 g/cm3 | Wpływa na gęstość złoża proszku |
| Gęstość kranu | 3 do 6 g/cm3 | Wskazuje ściśliwość |
| Natężenie przepływu w hali | 25-50 s/50g | Zapewnia równomierne rozprowadzanie proszku |
| Utrata przy zapłonie | 0.1-0.5% | Niska zawartość wilgoci poprawia druk |
| Zawartość tlenu | <0,1% | Minimalizuje defekty tlenkowe |
Precyzyjne kontrolowanie takich cech, jak wielkość, kształt i skład chemiczny cząstek, ma kluczowe znaczenie dla uzyskania w pełni gęstych części AM o pożądanych właściwościach.
Zastosowania proszku metalicznego AM
Produkcja przyrostowa umożliwia uzyskanie złożonych geometrii niemożliwych do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych technik:
Zastosowania wytwarzania przyrostowego metali
| Przemysł | Zastosowania | Korzyści |
|---|---|---|
| Lotnictwo i kosmonautyka | Łopatki turbin, konstrukcje | Swoboda projektowania, redukcja masy |
| Medyczny | Implanty, protetyka, narzędzia | Dostosowane kształty |
| Motoryzacja | Lekkie prototypy i narzędzia | Szybka iteracja |
| Obrona | Części do dronów, konstrukcje zabezpieczające | Szybkie prototypy i krótkie serie |
| Energia | Wymienniki ciepła, kolektory | Konsolidacja części i optymalizacja topologii |
| Elektronika | Ekranowanie, urządzenia chłodzące, EMI | Złożone konstrukcje zamknięte |
Zmniejszenie masy, konsolidacja części i wysokowydajne stopy do stosowania w ekstremalnych warunkach zapewniają kluczowe zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji.
Specyfikacje proszku metalicznego AM
Międzynarodowe specyfikacje pomagają ujednolicić właściwości proszku AM:
Standardy proszków metali dla wytwarzania przyrostowego
| Standard | Zakres | Parametry | Metody testowe |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Przewodnik dotyczący charakteryzowania metali AM | Pobieranie próbek, analiza wielkości, chemia, defekty | Mikroskopia, dyfrakcja, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Stopy tytanu dla AM | Wielkość 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 proszków metali AM
Wiodący międzynarodowi dostawcy proszków metali zoptymalizowanych pod kątem AM to m.in:
Producenci proszków metali do produkcji addytywnej
| 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, sferycznych proszkach specjalnie zaprojektowanych do powszechnych metod AM, takich jak rozpylanie spoiwa, fuzja złoża proszku i ukierunkowane osadzanie energii.
Rozważania dotyczące zakupu proszku metalowego AM
Kluczowe aspekty do omówienia z dostawcami:
- 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 ze stopami piroforycznymi
- Systemy jakości i identyfikowalność pochodzenia proszku
- Ekspertyza techniczna w zakresie wymagań dotyczących proszków AM
- Logistyka i mechanizmy dostawy
Ściśle współpracuj z dostawcami doświadczonymi w zakresie proszków specyficznych dla AM, aby zapewnić idealny dobór materiału do procesu i komponentów.
Plusy i minusy proszku metalowego AM
Zalety i ograniczenia proszków metali w produkcji addytywnej
| 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 |
| Eliminuje kosztowne oprzyrządowanie | 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.
Najczęściej zadawane pytania
Jak mały może być rozmiar cząstek w produkcji przyrostowej metali?
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 niestandardowe mieszanki proszków pierwiastkowych.
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 tworzyć części szybciej i bardziej niezawodnie. Ciągłe postępy w dziedzinie proszków metali przyczyniają się do coraz szerszego stosowania technik addytywnych w kluczowych branżach.
