3D baskı teknolojisi, nesneleri katman katman oluşturmak için toz malzemeye dayanır. Doğru tozun seçilmesi parça kalitesi, mekanik özellikler, doğruluk, detay çözünürlüğü ve yüzey kalitesi açısından kritik önem taşır. Bu makale, başlıca 3D baskı işlemlerinde kullanılan farklı toz türlerine, bileşimlerine, temel özelliklerine, uygulamalarına ve önde gelen küresel tedarikçilere genel bir bakış sunmaktadır.
Genel Bakış 3d yazıcı tozu tedarikçileri
Katmanlı üretim olarak da bilinen 3D baskı, hammadde girdi stoğu olarak toz polimerler, metaller, seramikler veya kompozitler kullanır. Kullanılan teknoloji ve malzemelere bağlı olarak, tozlar belirli partikül boyutu dağılımları, morfoloji, akış özellikleri, erime noktaları ve baskı sürecine göre uyarlanmış diğer fiziksel ve kimyasal özelliklerle tasarlanabilir.
3D Yazıcı Tozu Çeşitleri
Birkaç temel teknoloji, 3D nesneler üretmek için malzemeyi katman katman seçici olarak eritmek ve katılaştırmak için toz yatağı füzyonuna dayanır. Popüler süreçler ve ilgili tozlar şunları içerir:
| Süreç | Malzemeler |
|---|---|
| Seçici Lazer Sinterleme (SLS) | Naylon, TPU, PEEK gibi termoplastik tozlar |
| Doğrudan Metal Lazer Sinterleme (DMLS) | Alüminyum, titanyum, çelik alaşımları gibi metal tozları |
| Elektron Işınıyla Eritme (EBM) | Titanyum alaşımları, kobalt krom, paslanmaz çelik |
| Binder Jetting | Paslanmaz çelik, takım çeliği, tungsten karbür |
| Stereolitografi (SLA) | Seramik süspansiyonlu fotopolimer reçineler |
SLS için Polimer Tozlarının Bileşimi
Seçici lazer sinterleme, kontrollü parçacık boyutu dağılımı ve morfolojisine sahip ince polimer tozlarına dayanır. Yaygın malzemeler şunları içerir:
| Polimer | Anahtar Özellikler | Uygulamalar |
|---|---|---|
| Naylon 12 | Dayanıklılık, esneklik | Fonksiyonel prototipler, son kullanım parçaları |
| Naylon 11 | Yüksek mukavemet, ısı direnci, biyo-uyumluluk | Havacılık, otomotiv, medikal |
| TPU | Esneklik, aşınma direnci | Esnek parçalar, spor malzemeleri |
| PEEK | Aşırı sıcaklık/kimyasal direnç | Havacılık ve uzay, petrol/gaz, medikal |
Naylon 12, lazer sinterleme için en yaygın kullanılan polimer tozudur. Bileşim, baz naylon polimer, akış ajanları ve diğer katkı maddelerini içerir:
Naylon 12 Toz Bileşimi
| Bileşen | Fonksiyon |
|---|---|
| Baz polimer | Mekanik özellikler, erime davranışı sağlar |
| Akış ajanları | Toz akışını iyileştirin ve topaklanmayı azaltın |
| Yaşlanma karşıtı katkı maddeleri | Termal stabiliteyi artırın ve malzemenin zamanla bozulmasını önleyin |
AM Süreçleri için Metal Tozu Türleri
Toz yatağı füzyonu ve bağlayıcı püskürtmede kullanılan yaygın metal tozları şunlardır:
| Malzeme | Alaşımlar / Sınıflar | Özellikler | Anahtar Uygulamalar |
|---|---|---|---|
| Alüminyum | AlSi10Mg, AlSi7Mg | Hafif, korozyona dayanıklı | Havacılık ve uzay, otomotiv |
| Titanyum | Ti-6Al-4V, Ti 6242 | Yüksek mukavemet/ağırlık oranı | Havacılık ve uzay, tıbbi implantlar |
| Paslanmaz çelikler | 316L, 17-4PH, 420 | Korozyon/ısı direnci | Pompalar, vanalar, takımlar |
| Takım çelikleri | H13, P20, D2 | Sertlik, aşınma direnci | Enjeksiyon kalıpları, kalıplar |
| Kobalt Krom | Co28Cr6Mo | Biyouyumluluk, yorulma/korozyon direnci | Diş, tıbbi |
| Inconel | IN625, IN718 | Yüksek sıcaklık dayanımı | Türbin kanatları, roket nozulları |
Ti-6Al-4V gibi titanyum alaşımları, DMLS ve EBM aracılığıyla havacılık, otomotiv ve tıp sektörlerinde güçlü, hafif yapısal bileşenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Metal Tozu Bileşimi ve Üretimi
Ticari metal tozlarının çoğu gaz veya su atomizasyon işlemi ile üretilir. Bileşim, titanyum veya alüminyum gibi bir temel alaşım elementi ve diğer alaşım bileşenlerini içerir:
Ti-6Al-4V Toz Bileşimi
| Element | Ağırlık % | Amaç |
|---|---|---|
| Titanyum (Ti) | Denge | Ana unsur |
| Alüminyum (Al) | 5.5-6.75% | Güçlendirme |
| Vanadyum (V) | 3.5-4.5% | Tane inceltme |
| Demir (Fe) | < 0,3% | Safsızlık |
Metal AM tozları için diğer yaygın üretim yöntemleri arasında plazma atomizasyonu, elektroliz ve kimyasal indirgeme yer alır. Bunlar partikül şekli, boyut dağılımı, akışkanlık, görünür yoğunluk ve mikro yapı gibi toz özelliklerini etkiler.
Seramik ve Kompozit Tozlar
Seramikler ve kompozitler de yüksek performanslı bileşenler oluşturmak için toz yatağı teknolojileri ile işlenebilir:
| Malzeme | Özellikler | Uygulamalar |
|---|---|---|
| Alümina | Yüksek sertlik, sıcaklık/korozyon direnci | Kesici takımlar, aşınma parçaları |
| Silisyum karbür | Aşırı sertlik, termal şok direnci | Metal kesme, aşındırıcılar |
| PEEK polimer | Termo-mekanik performans | Havacılık ve uzay kompozitleri |
| Sürekli elyaf kompozitler | Yüksek mukavemet/ağırlık oranı | Yapısal bileşenler |
Fotopolimer içinde süspanse edilmiş silikon dioksit nanopartikülleri içeren foto-kürlenebilir seramik reçine tozları, yüksek hassasiyetli stereolitografi yazıcılarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Toz Özellikleri ve Spesifikasyonları
3D yazıcı tozları, partikül boyutu dağılımı, morfoloji, akış hızı, yoğunluk ve mikro yapı açısından katı spesifikasyonları karşılamalıdır. Tipik değerler aşağıda gösterilmiştir:
Polimer Toz Özellikleri
| Parametre | Tipik Değer |
|---|---|
| Parçacık boyutu | 15-150 μm |
| Parçacık şekli | Küresel |
| Görünür yoğunluk | 0,35-0,55 g/cm3 |
| Erime noktası | 172-185°C (naylon 12) |
Metal Tozu Özellikleri
| Parametre | Tipik Değer |
|---|---|
| Parçacık boyutu | 15-45 μm |
| Görünür yoğunluk | 2,5-4,5 g/cm3 |
| Akış hızı | 25-35 sn/50g |
| Oksit içeriği | < 0,4 wt.% |
| Mikroyapı | Tamamen yoğun küresel |
Üreticiler, fiziksel özellikleri belirten toz malzeme veri sayfaları, kimyasal bileşim test raporları, parçacık boyutu dağılımı analizi, akış hızı ölçümleri ve taramalı elektron mikroskobu görüntüleri sağlar.
3D Baskı Tozlarının Uygulamaları
Polimer ve metal tozları, çeşitli sektörlerde son kullanım bileşenlerinin üretilmesini sağlar. Bazı örnekler şunlardır:
Polimer Parçalar
- İşlevsel prototipler
- Otomotiv kanalları, muhafazaları
- Tüketici ürünleri, spor malzemeleri
- Havacılık ve uzay iç bileşenleri
Metal Parçalar
- Uçak motoru/yapısal parçaları
- Türbin kanatları, pervaneler
- Biyomedikal implantlar, cihazlar
- Enjeksiyon kalıpları, kesici takımlar
3D baskı tozları, geleneksel döküm veya işleme süreçleriyle elde edilemeyen gelişmiş mekanik özelliklere sahip karmaşık geometrileri kolaylaştırır.
Toz Tedarikçileri
Başlıca 3D baskı teknolojileri için özel olarak tasarlanmış tozların önde gelen küresel tedarikçileri şunlardır:
Polimer Tozları
| Şirket | Malzemeler |
|---|---|
| BASF | Ultrasint PA6, PA11, PA12, TPU |
| Henkel | Loctite PA12, PP, TPE |
| EOS | PA2200, PA3200GF |
| Evonik | Vestosint polimerler |
Metal Tozları
| Şirket | Malzemeler |
|---|---|
| AP&C | Titanyum, nikel, kobalt alaşımları |
| Sandvik Osprey | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, süper alaşımlar |
| Praxair | Titanyum, alüminyum, kobalt krom |
| GE Katkı Maddesi | Paslanmaz çelikler, CoCr, Inconel |
Bu şirketler SLS, DMLS, EBM, özel partikül boyutu dağılımları, şekiller, saflık seviyeleri ve alaşım kimyaları ile bağlayıcı püskürtme için uyarlanmış çok çeşitli malzeme kaliteleri sunmaktadır.
Toz Maliyet Analizi
Malzeme maliyeti, metal AM'nin benimsenmesinde önemli bir faktördür. Toz fiyatlandırması bileşime, üretim yöntemine, kaliteye ve sipariş hacmine bağlıdır:
| Toz | Fiyat Aralığı |
|---|---|
| Naylon 12 | $60-100/kg |
| Alüminyum AlSi10Mg | $50-150/kg |
| Titanyum Ti-6Al-4V | $200-500/kg |
| Nikel IN625 | $100-250/kg |
| Kobalt Krom | $150-600/kg |
Polimer tozları, egzotik havacılık alaşımlarına kıyasla 40-90% daha ucuz olabilir. Kullanılmış tozun elenerek geri dönüştürülmesi ve taze stoklarla karıştırılması malzeme maliyetlerinin düşürülmesine yardımcı olur.
Toz Bazlı AM'nin Artıları ve Eksileri
| Avantajlar | Sınırlamalar |
|---|---|
| Diğer süreçlerle ulaşılamayan karmaşık geometriler | Geleneksel yöntemlere göre genellikle daha yavaş inşa hızları |
| Konsolide montajlar, azaltılmış parça sayısı | İşlem sonrası toz giderme/temizleme |
| Özelleştirilmiş alaşımlar, kompozit karışımlar | Anizotropik malzeme özellikleri |
| Eksiltici yöntemlere kıyasla daha az işleme | Bazı lazer/e-ışın süreçlerinde gözeneklilik sorunları |
Özet
Özetle, toz yatağı füzyonu ve bağlayıcı püskürtme, özel olarak tasarlanmış boyut, şekil, bileşim ve mikro yapıya sahip plastik, metal, seramik veya kompozit tozlara dayanır. Önde gelen polimer seçenekleri arasında naylon 12, PEEK ve TPU bulunurken, yaygın metaller alüminyum, titanyum ve nikel bazlı alaşımları kapsar. Küresel tedarikçiler, başlıca AM sistemleri için onaylanmış geniş malzeme seçenekleri sunmaktadır. Mekanik gereksinimlere ve özelliklere uygun uygulamaya özel tozların seçilmesi parça performansı açısından kritik önem taşır.
SSS
Başlıca 3D baskı tozu türleri nelerdir?
Dört ana kategori naylon 12 ve PEEK gibi plastikler, alüminyum, titanyum ve takım çeliği alaşımlarını içeren metaller, alümina veya silikon karbür gibi seramikler ve polimer/fiber kompozitlerdir.
AM süreçleri için ideal toz boyutu nedir?
Tipik bir aralık metaller için 15-100 mikron ve polimerler için 15-150 mikrondur. Boyut dağılımı yoğunluğu, akışkanlığı, yüzey pürüzlülüğünü, hassasiyeti ve hızı etkiler.
Metal tozlarını üretmek için hangi üretim yöntemleri kullanılır?
Yaygın teknikler arasında argon veya nitrojen kullanılarak inert gaz atomizasyonu ve su atomizasyonu yer alır. Bazı niş alaşımlar plazma atomizasyonu, elektroliz veya kimyasal süreçlere dayanır.
Tozların AM için uygunluğunu nasıl değerlendiriyorsunuz?
Temel parametreler partikül boyutu dağılımı, akış hızı, görünür yoğunluk, morfoloji ve mikro yapıdır. Malzeme sertifikasyon raporları kimyasal bileşimi, gaz/oksit içeriğini ve eser safsızlıkları doğrular.
3D baskılı toz parçalarda hangi işlem sonrası gereklidir?
Malzemeye ve sürece bağlı olarak, yaygın adımlar destek kaldırma, ortam kumlama, tavlama, HIP ve boyutsal doğruluk ve istenen yüzeyleri elde etmek için işlemeyi içerir.
Metal AM tozları için tipik toplu fiyatlandırma kademeleri nelerdir?
1-5 kg numunelerin maliyeti $100-300/kg'dır. 10-100 kg'lık tipik hacim siparişleri $60-250/kg arasında değişir. Yüksek hacimli >500 kg'lık siparişler, yaygın havacılık/alet alaşımları için $30-150/kg'a ulaşabilir.
Geri dönüştürülmüş toz parça kalitesini ve mekanik performansı nasıl etkiler?
2-3 yapının ötesinde tekrarlanan geri dönüşüm, boyut dağılımının değişmesine, kirlenmeye, uyduların birikmesine, daha düşük yoğunluğa ve daha zayıf mekanik özelliklere neden olan toz bozunma sorunlarına neden olabilir. Taze toz harmanlama bunun üstesinden gelmeye yardımcı olur.
Gelecekte metal tozlarında ne gibi gelişmeler bekleniyor?
Temel odak alanları; özel alaşımlar, daha hızlı üretim için daha iyi toz yayılabilirliği ve paketleme yoğunluğu, daha düşük gözeneklilik ve gelişmiş malzeme özellikleri ve yüzey kalitesi sağlayan daha yüksek yoğunluktur.
