Metalowe materiały proszkowe do drukowania 3d

Druk 3D w metalu to technologia drukowania 3D, która wykorzystuje proszek metalowy do bezpośredniego drukowania części metalowych, znaną również jako spiekanie proszków metali (SLM). Oprócz dobrej plastyczności, proszek metalowy do drukowania 3D musi również spełniać wymagania dotyczące drobnego rozmiaru cząstek proszku i wysokiego rozkładu wielkości cząstek. Wąska, wysoka kulistość, dobra płynność i wysoka gęstość nasypowa. Obecnie proszki metali stosowane w większości drukarek 3D to stal nierdzewna, stopy aluminium, stopy kobaltowo-chromowe, stopy miedzi, stopy tytanu i stopy niklu. Stopy na bazie żelaza to inżynieria Najważniejszy i najczęściej używany materiał metaliczny w technologii jest najczęściej używany do formowania złożonych konstrukcji i jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, samochodowym, stoczniowym, maszynowym i innych.

Rodzaj proszku metalowego i proces druku 3D użyty do określenia właściwości produktu końcowego

●Proszek ze stali nierdzewnej

Stosunkowo tanie metalowe materiały drukarskie, opłacalne, o dobrej odporności na korozję, wysokiej wytrzymałości, pozwalają szybko i wydajnie wytwarzać małe partie skomplikowanych części przemysłowych.

● Proszek ze stopu aluminium

Obecnie do stopów aluminium stosowanych w druku 3D z metalu zalicza się głównie aluminium i krzem AlSi12 oraz AlSi10Mg. Krzem glinowy 12 to lekki dodatek stosowany do produkcji proszków metali o dobrych właściwościach termicznych. Połączenie krzemu i magnezu umożliwia stopom aluminium większą wytrzymałość. i sztywności, dzięki czemu nadaje się do cienkościennych i złożonych geometrii, zwłaszcza w zastosowaniach o dobrych właściwościach termicznych i niskiej wadze. Stopy aluminium są najczęściej stosowaną klasą nieżelaznych materiałów konstrukcyjnych o wysokiej wytrzymałości, zbliżonej lub przewyższającej stal wysokiej jakości i dobrej plastyczności. Badania pokazują, że stopy aluminium do druku 3D mogą uzyskać gęste części, małe struktury i właściwości mechaniczne porównywalne lub nawet lepsze niż części odlewane i w porównaniu z tradycyjnymi procesami Jakość części można obniżyć o 22 procent, ale można obniżyć koszty o 30 proc.

● Proszek ze stopu kobaltowo-chromowego

Ze względu na doskonałą odporność na zużycie i korozję, proszek stopu kobaltowo-chromowego do drukowania 3D metalu jest powszechnie stosowany do drukowania różnych sztucznych stawów i implantów ortopedycznych, a także jest stosowany w stomatologii.

● Proszek ze stopu miedzi

Dzięki doskonałej przewodności cieplnej i elektrycznej miedź o doskonałej przewodności cieplnej w zastosowaniach związanych z zarządzaniem ciepłem może być łączona ze swobodą projektowania w celu tworzenia złożonych struktur wewnętrznych i konformalnych kanałów chłodzących.

●Proszek ze stopu tytanu

Jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, wykorzystując zalety druku 3D do optymalizacji projektu produktu, np. zastąpienie oryginalnego korpusu bryłowego złożoną i rozsądną strukturą, dzięki czemu gotowy produkt ma niższą wagę i lepsze właściwości mechaniczne. Może to nie tylko obniżyć koszty, ale także uzyskać lekką produkcję każdego komponentu.

● Proszek ze stopu niklu

Odporność na utlenianie i odporność na korozję stopu niklu sprawiają, że nadaje się on do trudnych warunków wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Gdy stop niklu jest podgrzewany, gruba i stabilna warstwa tlenku zostanie pasywowana na powierzchni stopu, aby chronić wnętrze stopu przed korozją. Dobre właściwości mechaniczne są utrzymywane w szerokim zakresie temperatur.

Jak materiały proszkowe są wykorzystywane do drukowania 3D

Wysokoenergetyczna wiązka laserowa, kontrolowana przez dane modelu 3D, jest wykorzystywana do lokalnego topienia metalowej matrycy, podczas gdy spiekanie zestala metalowy materiał proszkowy i automatycznie układa się warstwa po warstwie w celu wygenerowania gęstych geometrycznych części stałych.

Jak produkować proszki metalowe do drukowania 3D

Produkcja proszków metalowych jest podstawowym aspektem metalurgii proszków. Różne metody stosowane do przygotowania proszków metali obejmują redukcję, elektrolizę, rozkład karbonylowy, mielenie i atomizację.

Cztery najczęściej stosowane metody wytwarzania proszków metali to redukcja w stanie stałym, elektroliza, chemia i atomizacja.

Większość producentów stosuje metody elektrolizy i redukcji do wytwarzania proszków metali pierwiastkowych. Nie nadają się jednak do produkcji proszków stopowych. Jednak metoda atomizacji ma tendencję do przezwyciężania tego ograniczenia, dlatego producenci stosują ją do produkcji proszków stopowych.

Elektroliza to kolejna metoda wykorzystywana do produkcji sproszkowanych metali. Wybierając odpowiedni skład elektrolitu, temperaturę, stężenie i gęstość prądu, różne metale można osadzać w postaci gąbek lub proszków. Następnie można myć, suszyć, rozdrabniać, wyżarzać i kruszyć. Metoda ta wytwarza proszki metali o bardzo wysokiej czystości. Jest on zasadniczo stosowany do proszków miedzi o wysokiej przewodności ze względu na wysokie wymagania energetyczne.

Metoda atomizacji odnosi się do metody rozdrabniania stopionego metalu na cząstki o wielkości poniżej 150 μm metodami mechanicznymi. Zgodnie z metodą kruszenia stopionego metalu, metody atomizacji obejmują atomizację dwustrumieniową, atomizację odśrodkową, atomizację ultradźwiękową, atomizację próżniową itp. Te metody atomizacji mają swoje własne cechy i są z powodzeniem stosowane w produkcji przemysłowej. Wśród nich metoda atomizacji pary wodnej ma zalety prostego sprzętu i procesu produkcyjnego, niskiego zużycia energii i dużej wielkości partii i stała się głównym proszkiem metalu. Metody produkcji przemysłowej.

Wymagania dotyczące wydajności druku 3D dla proszków metali

1. Czystość

Wtrącenia ceramiczne znacznie zmniejszą wydajność końcowej części, a wtrącenia te zazwyczaj mają wysoką temperaturę topnienia i są trudne do spiekania, dlatego w proszku nie mogą znajdować się wtrącenia ceramiczne. Ponadto należy ściśle kontrolować zawartość tlenu i azotu. Obecnie technologia przygotowania proszku do druku 3D z metalu opiera się głównie na metodzie atomizacji. Proszek ma dużą powierzchnię właściwą i łatwo się utlenia. W zastosowaniach specjalnych, takich jak lotnictwo, klienci mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące tego wskaźnika, np. w przypadku superstopów Zawartość tlenu w proszku wynosi 0.006 procent -00,018 procent, zawartość tlenu w proszku stopu tytanu wynosi 0,007 procent -00,013 procent, a zawartość tlenu w proszku ze stali nierdzewnej wynosi 0,010 procent -00,025 procent.

2. Płynność proszku i gęstość nasypowa

Płynność proszku bezpośrednio wpływa na równomierność rozprowadzania proszku podczas procesu drukowania oraz stabilność procesu podawania proszku. Płynność jest związana z morfologią proszku, rozkładem wielkości cząstek i gęstością nasypową. Im mniejsza proporcja drobnego proszku, tym lepsza jego płynność; gęstość cząstek pozostaje niezmieniona, gęstość względna wzrasta, a płynność proszku wzrasta. Ponadto adsorpcja wody, gazu itp. na powierzchni cząstek zmniejszy płynność proszku.

3. Rozkład wielkości cząstek proszku

Różne urządzenia do drukowania 3D i procesy formowania mają różne wymagania dotyczące rozkładu wielkości cząstek proszku. Obecnie zakres wielkości cząstek proszku powszechnie stosowany w druku 3D z metalu to 15-53μm (drobny proszek) i 53-105μm (gruby proszek). Wybór rozmiaru cząstek proszku metalowego do drukowania 3D to głównie. Według drukarek metalowych z różnymi źródłami energii, drukarki wykorzystujące laser jako źródło energii nadają się do używania proszku 15-53μm jako materiałów eksploatacyjnych ze względu na ich drobną plamkę ogniskowania i łatwe topienie drobnego proszku. Metoda dostarczania proszku polega na malowaniu proszkowym warstwa po warstwie; Drukarka rozprowadzająca proszek z wiązką elektronów jako źródłem energii ma nieco grubszą plamkę ogniskującą, która jest bardziej odpowiednia do topienia gruboziarnistego proszku i nadaje się do stosowania gruboziarnistego proszku 53-105 μm; w przypadku współosiowej drukarki z podajnikiem proszku, rozmiar cząstek 105-150 μm może być używany jako proszek jako materiały eksploatacyjne.

4. Morfologia proszku

Morfologia proszku jest ściśle związana z metodą przygotowania proszku. Ogólnie rzecz biorąc, gdy gaz metaliczny lub stopiona ciecz przekształca się w proszek, kształt cząstek proszku ma tendencję do kulistości. Większość proszków wytworzonych tą metodą ma charakter dendrytyczny. Ogólnie rzecz biorąc, im większa kulistość, tym lepsza płynność cząstek proszku. Proszek metalowy do drukowania 3D wymaga asferyczności ponad 98 procent, aby rozprowadzanie i podawanie proszku było łatwiejsze podczas drukowania.

Znaczenie drukowania proszkowego metalu 3D

Proszek metalu przyspiesza drukowanie 3D i pozwala na szybkie prototypowanie. Producenci mogą również efektywniej modyfikować projekty. Ta metoda jest również opłacalna, ponieważ metalowe drukarki 3D wykorzystują tylko ilość materiału potrzebną do wykonania żądanej części. Ułatwia projektowanie skomplikowanych części maszyn i umożliwia produkcję „niemożliwych” części maszyn.