Металеві порошкові матеріали для 3D-друку

Металевий 3D-друк — це технологія 3D-друку, яка використовує металевий порошок для безпосереднього друку металевих деталей, також відома як спікання металевого порошку (SLM). Крім хорошої пластичності, металевий порошок для 3D-друку також повинен відповідати вимогам дрібного розміру частинок порошку та високого розподілу частинок за розміром. Вузька, висока сферичність, хороша плинність і високі вимоги до об’ємної щільності. В даний час металеві порошки, які використовуються в більшості 3D-принтерів, включають нержавіючу сталь, алюмінієві сплави, сплави кобальту і хрому, сплави міді, титанові сплави та нікелеві сплави. Сплави на основі заліза є машинобудуванням. Найважливіший і найбільш використовуваний металевий матеріал в техніці в основному використовується для формування складних конструкцій і широко використовується в аерокосмічній, автомобільній, суднобудівній, машинобудівній та інших галузях промисловості.

Тип металевого порошку та процес 3D-друку, який використовується для визначення властивостей кінцевого продукту

●Порошок з нержавіючої сталі

Відносно дешеві металеві друкарські матеріали, економічні, хороші корозійні властивості, висока міцність, дозволяють швидко і ефективно виготовляти невеликі партії складних промислових деталей.

●Порошок алюмінієвого сплаву

В даний час алюмінієві сплави, що використовуються в металевому 3D-друкі, в основному включають алюмінієвий кремній AlSi12 і AlSi10Mg. Алюміній кремній 12 — це легка добавка, яка використовується для виробництва металевих порошків з хорошими термічними властивостями. Поєднання кремнію та магнію дозволяє алюмінієвим сплавам мати більш високу міцність. і жорсткість, що робить його придатним для тонкостінних і складної геометрії, особливо для застосування з хорошими термічними властивостями і малою вагою. Алюмінієві сплави є найбільш широко використовуваним класом кольорових конструкційних матеріалів з високою міцністю, наближеною до високоякісної сталі або перевершуючи її, і хорошою пластичністю. Дослідження показують, що алюмінієві сплави для 3D-друку можуть досягати щільних деталей, малих структур і механічних властивостей, які можна порівняти або навіть краще, ніж деталі лиття, і порівняно з традиційними процесами. на 30 відсотків.

●Порошок кобальт-хромового сплаву

Завдяки своїй відмінній зносостійкості та корозійної стійкості порошок кобальт-хромового сплаву для металевого 3D-друку зазвичай використовується для друку різних штучних суглобів та ортопедичних імплантатів, а також використовується в галузі стоматології.

●Порошок мідного сплаву

Завдяки відмінній тепло- та електропровідності, мідь з чудовою теплопровідністю в програмах керування теплом можна поєднувати зі свободою проектування для створення складних внутрішніх структур і конформних каналів охолодження.

●Порошок титанового сплаву

Він широко використовується в аерокосмічній галузі, використовуючи переваги 3D-друку, щоб допомогти оптимізувати дизайн продукту, наприклад, замінити оригінальний твердий корпус на складну та розумну структуру, щоб готовий продукт мав меншу вагу та кращі механічні властивості. Це може не тільки знизити витрати, але й досягти легкого виробництва кожного компонента.

●Порошок нікелевого сплаву

Стійкість до окислення та корозійна стійкість нікелевого сплаву робить його придатним для суворого середовища високої температури та високого тиску. Коли нікелевий сплав нагрівається, товстий і стабільний шар оксиду пасивується на поверхні сплаву, щоб захистити внутрішню частину сплаву від корозії. Хороші механічні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.

Як порошкові матеріали використовуються для 3D-друку

Лазерний промінь високої енергії, керований даними 3D-моделі, використовується для локального розплавлення металевої матриці, в той час як спікання затверджує матеріал порошкового металу і автоматично укладається шар за шаром для створення щільних геометричних твердих частин.

Як виготовити металеві порошки для 3D-друку

Виробництво металевого порошку є фундаментальним аспектом порошкової металургії. Різні методи, що використовуються для приготування металевих порошків, включають відновлення, електроліз, карбонільний розпад, подрібнення та атомізацію.

Чотири найбільш широко використовувані методи виробництва металевих порошків — це відновлення в твердому стані, електроліз, хімічний та атомізаційний.

Більшість виробників використовують методи електролізу та відновлення для виробництва порошків елементарних металів. Але вони не підходять для виробництва порошків сплавів. Однак метод атомізації має тенденцію подолати це обмеження, тому виробники використовують його для виробництва порошків сплавів.

Електроліз є ще одним методом, який використовується для отримання порошкоподібних металів. Вибираючи відповідний склад електроліту, температуру, концентрацію та щільність струму, різні метали можна осадити у вигляді губок або порошків. За цим може послідувати промивка, сушка, відновлення, відпал і подрібнення. Цим способом отримують металеві порошки дуже високої чистоти. Він в основному використовується для високопровідних мідних порошків через високі вимоги до енергії.

Під методом атомізації розуміється спосіб дроблення розплавленого металу на частинки розміром менше 150 мкм механічними методами. За способом дроблення розплавленого металу методи атомізації включають двопотокове розпилення, відцентрове розпилення, ультразвукове розпилення, вакуумне розпилення та ін. Ці методи розпилення мають свої особливості і успішно використовуються в промисловому виробництві. Серед них метод розпилення водяною парою має переваги простого виробничого обладнання та процесу, низького споживання енергії та великого розміру партії та став основним металевим порошком. Промислові методи виробництва.

Вимоги до продуктивності 3D-друку для металевих порошків

1. Чистота

Керамічні включення значно знижують продуктивність кінцевої частини, а ці включення, як правило, мають високу температуру плавлення і важко спікаються, тому в порошку не повинно бути керамічних включень. Крім того, вміст кисню та азоту також потребує суворого контролю. На даний момент технологія приготування порошку для металевого 3D-друку в основному базується на методі атомізації. Порошок має велику питому поверхню і легко окислюється. У спеціальних сферах застосування, як-от аерокосмічна, клієнти мають суворіші вимоги до цього індексу, наприклад, суперсплави. Вміст кисню в порошку становить 0.006 відсотків -0.018 відсотків, вміст кисню в порошку титанового сплаву становить 0,007 відсотка -0,013 відсотка, а вміст кисню в порошку з нержавіючої сталі 0,010 відсотка -0,025 відсотка.

2. Текучість і насипна маса порошку

Текучість порошку безпосередньо впливає на рівномірність розтікання порошку в процесі друку та стабільність процесу подачі порошку. Текучість пов’язана з морфологією порошку, розподілом частинок за розміром і насипною щільністю. Чим менша частка дрібного порошку, тим краще його плинність; щільність частинок залишається незмінною, відносна густина збільшується, а плинність порошку зростає. Крім того, адсорбція води, газу тощо на поверхні частинок зменшить плинність порошку.

3. Розподіл частинок порошку за розміром

Різне обладнання для 3D-друку та процеси формування мають різні вимоги до розподілу частинок порошку за розміром. Наразі діапазон розмірів частинок порошку, який зазвичай використовується в 3D-друкі металу, становить 15-53 мкм (дрібний порошок) і 53-105 мкм (грубий порошок). Вибір розміру частинок металевого порошку для 3D-друку в основному залежить від металевих принтерів з різними джерелами енергії, принтери, що використовують лазер як джерело енергії, підходять для використання порошку 15-53 мкм як витратних матеріалів через їх тонку фокусну пляму та легко плавляться дрібного порошку. Спосіб подачі порошку — пошарове порошкове покриття; Порошкорозпорошувальний принтер з електронним променем як джерелом енергії має дещо товщу пляму фокусування, яка більше підходить для плавлення крупного порошку, і підходить для використання крупного порошку 53-105 мкм; для принтерів з коаксіальним порошковим способом подачі порошку в якості витратних матеріалів можна використовувати порошок розміром 105-150 мкм.

4. Морфологія порошку

Морфологія порошку тісно пов’язана зі способом приготування порошку. Як правило, коли металевий газ або розплавлена ​​рідина перетворюються на порошок, форма частинок порошку має тенденцію бути сферичною. Більшість порошків, отриманих методом, є дендритними. Взагалі кажучи, чим вище сферичність, тим краще плинність частинок порошку. Металевий порошок для 3D-друку вимагає асферичності понад 98 відсотків, щоб розсипання та подача порошку було легше виконувати під час друку.

Важливість 3D металевого порошкового друку

Металевий порошок робить 3D-друк швидшим і дозволяє швидко створювати прототипи. Виробники також можуть більш ефективно змінювати дизайн. Цей метод також є економічно ефективним, оскільки металеві 3D-принтери використовують лише ту кількість матеріалу, яка необхідна для виготовлення потрібної деталі. Спрощує конструювання складних деталей машин і дозволяє виготовляти «неможливі» деталі машин.