חומרי אבקת מתכת להדפסת תלת מימד

הדפסת מתכת תלת מימדית היא טכנולוגיית הדפסה תלת מימדית המשתמשת באבקת מתכת להדפסה ישירה של חלקי מתכת, הידועה גם בשם אבקת מתכת (SLM). בנוסף לפלסטיות טובה, אבקת מתכת להדפסת תלת מימד חייבת לעמוד גם בדרישות של גודל חלקיקי אבקה עדינים וחלוקת גודל חלקיקים גבוהה. צר, כדוריות גבוהה, נזילות טובה וצפיפות צבר גבוהה. נכון לעכשיו, אבקות המתכת המשמשות ברוב מדפסות התלת מימד כוללות נירוסטה, סגסוגות אלומיניום, סגסוגות קובלט-כרום, סגסוגות נחושת, סגסוגות טיטניום וסגסוגות ניקל. סגסוגות מבוססות ברזל הן הנדסיות חומר המתכת החשוב והמשומש ביותר בטכנולוגיה משמש בעיקר ליצירת מבנים מורכבים, והוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות תעופה וחלל, רכב, בניית ספינות, ייצור מכונות ותעשיות אחרות.

סוג אבקת המתכת ותהליך ההדפסה התלת מימדית המשמש לקביעת תכונות המוצר הסופי

●אבקת נירוסטה

חומרי הדפסה מתכת זולים יחסית, חסכוניים, עמידות בפני קורוזיה טובה, חוזק גבוה, יכולים לייצר במהירות וביעילות קבוצות קטנות של חלקים תעשייתיים מורכבים.

●אבקת סגסוגת אלומיניום

נכון לעכשיו, סגסוגות האלומיניום המשמשות בהדפסת מתכת תלת מימדית כוללות בעיקר אלומיניום סיליקון AlSi12 ו-AlSi10Mg. אלומיניום סיליקון 12 הוא תוסף קל משקל המשמש לייצור אבקות מתכת בעלות תכונות תרמיות טובות. השילוב של סיליקון ומגנזיום מאפשר לסגסוגות אלומיניום חוזק גבוה יותר. וקשיחות, מה שהופך אותו מתאים לגיאומטריות דקי קירות ומורכבות, במיוחד ביישומים עם תכונות תרמיות טובות ומשקל נמוך. סגסוגות אלומיניום הן המעמד הנפוץ ביותר של חומרים מבניים לא ברזליים בחוזק גבוה, קרוב לפלדה איכותית או מתעלה עליה, וגמישות טובה. מחקרים מראים כי סגסוגות אלומיניום להדפסת תלת מימד יכולות להשיג חלקים צפופים, מבנים קטנים ותכונות מכניות דומות או אפילו טובות יותר מאשר חלקי יציקה, ובהשוואה לתהליכים מסורתיים ניתן להפחית את איכות החלקים ב-22 אחוז, אך ניתן להוזיל את העלות. ב-30 אחוז.

אבקת סגסוגת קובלט-כרום

בגלל עמידותה המצוינת בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה, אבקת סגסוגת קובלט-כרום להדפסת מתכת בתלת מימד משמשת בדרך כלל להדפסת מפרקים מלאכותיים ושתלים אורטופדיים שונים, והיא משמשת גם בתחום רפואת השיניים.

אבקת סגסוגת נחושת

עם מוליכות תרמית וחשמלית מצוינת, ניתן לשלב נחושת עם מוליכות תרמית מעולה ביישומי ניהול תרמי עם חופש עיצובי לייצור מבנים פנימיים מורכבים ותעלות קירור קונפורמיות.

●אבקת סגסוגת טיטניום

הוא נמצא בשימוש נרחב בתחום התעופה והחלל, תוך שימוש ביתרונות של הדפסת תלת מימד כדי לעזור לייעל את עיצוב המוצר, כגון החלפת הגוף המוצק המקורי במבנה מורכב וסביר, כך שלמוצר המוגמר יהיה משקל נמוך יותר ותכונות מכניות טובות יותר. זה לא רק יכול להפחית עלויות, אלא גם ניתן להשיג ייצור קל משקל של כל רכיב.

●אבקת סגסוגת ניקל

עמידות החמצון ועמידות הקורוזיה של סגסוגת ניקל הופכות אותו למתאים לסביבה הקשה של טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. כאשר סגסוגת הניקל מחוממת, שכבת תחמוצת עבה ויציבה תופסב על פני הסגסוגת כדי להגן על פנים הסגסוגת מפני קורוזיה. תכונות מכניות טובות נשמרות על פני טווח טמפרטורות רחב.

כיצד משתמשים בחומרי אבקה להדפסת תלת מימד

קרן לייזר באנרגיה גבוהה, הנשלטת על ידי נתוני מודל תלת מימד, משמשת להמסה מקומית של מטריצת המתכת, בעוד סינטר מגבש את חומר המתכת האבקה וערימה אוטומטית שכבה אחר שכבה ליצירת חלקים מוצקים גיאומטריים צפופים.

כיצד לייצר אבקות מתכת להדפסת תלת מימד

ייצור אבקת מתכת הוא היבט בסיסי של מטלורגיית אבקה. שיטות שונות המשמשות להכנת אבקות מתכת כוללות הפחתה, אלקטרוליזה, פירוק קרבוניל, טחינה ואטומיזציה.

ארבע השיטות הנפוצות ביותר לייצור אבקות מתכת הן הפחתת מצב מוצק, אלקטרוליזה, כימיקלים ואטומיזציה.

רוב היצרנים משתמשים בשיטות אלקטרוליזה והפחתה לייצור אבקות מתכת יסודיות. אבל הם אינם מתאימים לייצור אבקות סגסוגת. עם זאת, שיטת האטומיזציה נוטה להתגבר על מגבלה זו, ולכן היצרנים משתמשים בה לייצור אבקות סגסוגת.

אלקטרוליזה היא שיטה נוספת המשמשת לייצור מתכות אבקות. על ידי בחירת הרכב האלקטרוליט המתאים, הטמפרטורה, הריכוז וצפיפות הזרם, ניתן להפקיד מתכות שונות כספוגים או אבקות. לאחר מכן ניתן לשטוף, ייבוש, הפחתה, חישול וכתוש. שיטה זו מייצרת אבקות מתכת בעלות טוהר גבוה מאוד. הוא משמש בעיקרון לאבקות נחושת מוליכות גבוהה בשל דרישות האנרגיה הגבוהות שלו.

שיטת האטומיזציה מתייחסת לשיטה של ​​ריסוק מתכת מותכת לחלקיקים בגודל של פחות מ-150 מיקרומטר בשיטות מכניות. על פי השיטה של ​​ריסוק מתכת מותכת, שיטות האטומיזציה כוללות אטומיזציה דו-זרימה, אטומיזציה צנטריפוגלי, אטומיזציה קולית, אטומיזציה ואקום וכו'. לשיטות אטומיזציה אלה יש מאפיינים משלהן והן שימשו בהצלחה בייצור תעשייתי. ביניהם, לשיטת האטומיזציה של אדי מים יש יתרונות של ציוד ותהליך ייצור פשוטים, צריכת אנרגיה נמוכה וגודל אצווה גדול, והפכה לאבקת המתכת העיקרית. שיטות ייצור תעשייתיות.

דרישות ביצועי הדפסת תלת מימד עבור אבקות מתכת

1. טוהר

תכלילים קרמיים יפחיתו משמעותית את הביצועים של החלק הסופי, ותכלילים אלו הם בדרך כלל בעלי נקודת התכה גבוהה וקשים לסינטור, ולכן אסור שיהיו תכלילים קרמיים באבקה. בנוסף, יש צורך בפיקוח קפדני על תכולת החמצן והחנקן. כיום, טכנולוגיית הכנת האבקה להדפסת תלת מימד מתכת מבוססת בעיקר על שיטת האטומיזציה. לאבקה יש שטח פנים ספציפי גדול וקל לחמצן. בתחומי יישומים מיוחדים כגון תעופה וחלל, ללקוחות יש דרישות מחמירות יותר עבור אינדקס זה, כגון סגסוגות על. תכולת החמצן של אבקה היא 0.006 אחוז -0.018 אחוזים, תכולת החמצן של אבקת סגסוגת טיטניום היא 0.007 אחוז -0.013 אחוז, ותכולת החמצן של אבקת נירוסטה היא 0.010 אחוז -0.025 אחוז.

2. נזילות אבקה וצפיפות בתפזורת

נזילות האבקה משפיעה ישירות על אחידות פיזור האבקה בתהליך ההדפסה ועל יציבות תהליך הזנת האבקה. הנזילות קשורה למורפולוגיה של האבקה, לחלוקת גודל החלקיקים ולצפיפות הצבר. ככל ששיעור האבקה העדינה קטן יותר, כך נזילותה טובה יותר; צפיפות החלקיקים נשארת ללא שינוי, הצפיפות היחסית גדלה, ונוזל האבקה עולה. בנוסף, ספיחה של מים, גז וכו' על פני החלקיקים תפחית את נזילות האבקה.

3. חלוקת גודל חלקיקי אבקה

לציוד הדפסת תלת מימד ותהליכי יצירה שונים יש דרישות שונות לפיזור גודל חלקיקי אבקה. נכון לעכשיו, טווח גודל חלקיקי האבקה הנפוץ בהדפסת מתכת תלת-ממדית הוא 15-53מיקרומטר (אבקה דקה) ו-53-105מיקרומטר (אבקה גסה). הבחירה בגודל חלקיקי אבקת מתכת להדפסת תלת מימד היא בעיקר לפי מדפסות מתכת בעלות מקורות אנרגיה שונים, מדפסות המשתמשות בלייזר כמקור אנרגיה מתאימות לשימוש באבקת 15-53מיקרומטר כחומר מתכלה בגלל נקודת המיקוד העדינה וההתכה הקלה שלהן. של אבקה דקה. שיטת אספקת האבקה היא ציפוי אבקה שכבה אחר שכבה; למדפסת מפזרת האבקה עם קרן אלקטרונים כמקור האנרגיה יש נקודת מיקוד מעט עבה יותר, המתאימה יותר להמסת אבקה גסה, ומתאימה לשימוש באבקה גסה של 53-105 מיקרומטר; עבור מדפסות מסוג הזנת אבקה קואקסיאלית, ניתן להשתמש בגודל החלקיקים של 105-150 מיקרומטר באבקה כמוצרים מתכלים.

4. מורפולוגיה של אבקה

מורפולוגיה של האבקה קשורה קשר הדוק לשיטת הכנת האבקה. בדרך כלל, כאשר גז המתכת או הנוזל המותך הופכים לאבקה, צורתם של חלקיקי האבקה נוטה להיות כדורית. רוב האבקות המוכנות בשיטה הן דנדריטיות. באופן כללי, ככל שהכדוריות גבוהה יותר, כך נזילות חלקיקי האבקה טובה יותר. אבקת המתכת להדפסת תלת מימד דורשת אספריות של יותר מ-98 אחוז כך שפיזת האבקה והזנת האבקה קלים יותר לביצוע במהלך ההדפסה.

החשיבות של הדפסת אבקת מתכת תלת מימדית

אבקת המתכת הופכת את הדפסת התלת מימד למהירה יותר ומאפשרת יצירת אב טיפוס מהיר. יצרנים יכולים גם לשנות עיצובים בצורה יעילה יותר. שיטה זו גם חסכונית מכיוון שמדפסות תלת מימד מתכת משתמשות רק בכמות החומר הדרושה לייצור החלק הרצוי. מקל על תכנון חלקי מכונות מורכבים ומאפשר ייצור חלקי מכונות "בלתי אפשריים".