هناك عدة طرق لصنع مسحوق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد:
1.السحق الميكانيكي
طريقة التكسير الميكانيكي للمعادن الصلبة هي طريقة مستقلة لصنع المسحوق ويمكن استخدامها كعملية تكميلية لبعض طرق صنع المسحوق. بالاعتماد على دور التكسير والتكسير والطحن ، يتم سحق الجزء الأكبر من المعدن أو السبائك أو المركب إلى مسحوق. يمكن تقسيم الدرجة النهائية من التكسير إلى فئتين: التكسير الخشن والتكسير الدقيق.
لتقليل حجم المسحوق أو زيادته بشكل أكبر ، يمكن لسبائك المسحوق اختيار الطحن الميكانيكي
المواد القابلة للتطبيق: Fe ، Al ، مسحوق Ti النقي وسبائك الحديد
2. طريقة الانحلال
الانحلال هو عملية يتم فيها تكسير المعادن السائلة والسبائك مباشرة إلى قطرات دقيقة تتجمد بسرعة لتشكيل مسحوق. إن تيار الهواء أو الماء عالي السرعة هو القوة الدافعة والمبرد لتيار السائل المعدني المكسور. يمكن تفتيت أي مادة يمكن أن تشكل سائلًا بشكل أساسي.
بالنسبة للمسحوق المعدني ذي نقطة الانصهار المنخفضة ، فإن عملية التحبيب هي السماح للمعدن المنصهر من خلال ثقب صغير أو غربال تلقائيًا في الهواء أو الماء ، والتكثيف للحصول على مسحوق معدني ، وهذه الطريقة لصنع حجم جسيمات المسحوق الخشنة ؛.
طريقة أخرى لتحضير المسحوق الناعم: طريقة الانحلال بالماء أو طريقة الانحلال الغازي ؛ طريقة الانحلال بالطرد المركزي وطريقة الانحلال بالغاز الخامل النبضي الأسرع من الصوت. خذ مسحوق سبائك التيتانيوم كمثال ، يتم إذابة مسحوق سبائك التيتانيوم وتحويله إلى قطرات دقيقة عن طريق تدفق هواء غاز الأرجون عالي النقاء ، والذي يقع تحت تأثير الجاذبية من خلال تدفق الهواء الخامل ، وعملية ترسيخ الجسيمات الدقيقة إلى مسحوق تحتها تبريد.
في الوقت الحاضر ، هناك المزيد من تطبيقات طريقة الانحلال الفراغي وطريقة الانحلال بالغاز الخامل (مناسبة بشكل خاص لإعداد مسحوق المعادن النشط).
المواد القابلة للتطبيق: الحديد ، النحاس ، المعادن المقاومة للحرارة ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، سبائك Ti ، إلخ.
3. طريقة الحسم
الاختزال عبارة عن طريقة لإنتاج مسحوق معدني عن طريق تقليل أكاسيد المعادن والأملاح بعامل اختزال ، حيث يمكن أن يكون عامل الاختزال في صورة صلبة أو غازية أو سائلة. بما في ذلك طريقة تقليل الكربون ، وطريقة تقليل الغاز ، وطريقة تقليل الهيدروجين ، والاختزال الحراري للمعادن ، و
المواد المناسبة: Fe ، W ، Ta ، Zr كممثلين للمعادن النادرة ومساحيق المعادن المقاومة للحرارة
4.ترسيب البخار الكيميائي (CVD)
ترسيب البخار الكيميائي باستخدام تكثيف البخار المعدني مع اختزال طور البخار. تتميز هذه المواد بنقطة انصهار منخفضة وتقلبات عالية.
5. طريقة التحليل الكهربائي
طريقة ترسيب المسحوق من القطب السالب لخلية التحليل الكهربائي تحت ظروف معينة. طريقة التحليل الكهربائي تأتي في المرتبة الثانية بعد طريقة التخفيض من حيث تكرار الاستخدام. على الرغم من أن تكلفة التصنيع مرتفعة ، إلا أن نقاء التحضير مرتفع أيضًا ، وله تأثير تنقية مماثل على مسحوق المعدن.
المبدأ: التحليل الكهربائي الكيميائي
المواد القابلة للتطبيق: الحديد ، النحاس ، النيكل ، Ti ، ومساحيق المعادن الأخرى ، والمركبات المعدنية.
6.Rotating Electrode Com-minuting Process
حاليًا أكبر مقياس إنتاج وأكثر طرق تحضير مسحوق السبائك عالية الحرارة تمثيلا: طريقة صنع مسحوق الإلكترود الدوار بالبلازما (أي طريقة PREP) ، والتي تعد المسحوق بشكل جيد (كروي دائري) ، ومسحوق أقل مسامية ومحتوى أكسجين منخفض هذه الطريقة أكثر تكلفة وهي مناسبة بشكل عام لمجالات الطيران والطب الحيوي.
المبدأ: يتم استخدام مسدس البلازما لتوليد تدفق البلازما في غرفة الترذيذ المختومة لإذابة نهاية محرك مادة السبائك الدوارة عالية السرعة ، ويتم تفتيت المعدن السائل إلى قطرات صغيرة جدًا تحت تأثير قوة الطرد المركزي في البداية مرحلة طلقة الذبابة وتبريدها في الغاز الخامل.
المواد القابلة للتطبيق: المعادن القائمة على النيكل وغيرها من المعادن المقاومة للحرارة ، Ti والمعادن النشطة الأخرى.
7.Sتفرون طريقة
تحتوي طريقة التكوير بشكل أساسي على: تكوير البلازما RF ، كروي البلازما بالليزر ومصادر الحرارة الأخرى للتكوير
المبدأ: خذ كروية البلازما كمثال: جزيئات مسحوق التيتانيوم غير المنتظمة الممزوجة بغاز خامل تضاف إلى شعلة البلازما ، والتي يتم تسخينها وذابها بسرعة بواسطة شعلة البلازما ، وتشكل الجزيئات المنصهرة قطرات ذات كروية عالية تحت تأثير السطح يتم الحصول على الشد ، والمسحوق الكروي عن طريق التبريد السريع في وقت قصير جدًا.
المواد القابلة للتطبيق: تستخدم بشكل أساسي للمعالجة الثانوية لمسحوق المعادن غير المنتظم.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) Which powder-making method yields the most spherical particles for LPBF?
- PREP (plasma rotating electrode) and gas atomization (VIGA/EIGA) typically deliver highly spherical powders with low satellite content, ideal for powder bed fusion.
2) When should I choose water atomization over gas atomization?
- Water atomization is cost-effective for steels and produces finer powders, but with higher oxygen and irregular shapes. Choose GA for reactive alloys (Ti, Ni superalloys) and AM applications needing high flowability and low O/N.
3) Can mechanical pulverization produce AM-grade powders?
- Rarely. It’s useful for coarse or irregular feedstock and for secondary size adjustment, but usually requires downstream spheroidization (e.g., RF plasma) to reach AM-grade flow and morphology.
4) How do I minimize oxygen pickup during powder making and handling?
- Use inert atmospheres (argon), vacuum melting/atomization (VPA/VIGA/EIGA), dry rooms (<10% RH), sealed containers, and closed-loop powder handling per ISO/ASTM 52907 practices.
5) What QC tests are essential before qualifying a batch for AM?
- Particle size distribution (laser diffraction), morphology (SEM), flowability (Hall/Carney), apparent/tap density (ASTM B212/B703), chemistry O/N/H (ASTM E1019), and contamination/inclusions checks. Optional: CT of built coupons and microstructure.
2025 Industry Trends for the Best Methods of Metal 3D Printing Powder Making
- Hybrid routes: Water-atomized steels upgraded via RF plasma spheroidization to AM-grade flow at lower total cost.
- Clean melt expansion: EIGA/VPA capacity grows for Ti and Ni alloys, lowering oxygen baselines and stabilizing supply.
- Inline QA: Real-time optical/AI inspection at cyclones to control satellites and hollow particles; digital material passports standardize traceability.
- Sustainability: Argon recovery and powder circularity (reconditioning + reuse) reduce gas consumption 25–40% and extend reuse cycles to 8–12.
- Application-driven PSD: Narrow PSD tailoring for Binder Jetting sintering windows and DED deposition stability.
2025 Powder-Making KPI Snapshot
| متري | 2023 Baseline | 2025 Status | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade O content (Ti-6Al-4V, wt%) | 0.07–0.12 | 0.05–0.10 | Improved VPA/EIGA and inert loops; ISO/ASTM 52907 |
| Sphericity (aspect ratio) GA/PREP | 0.92–0.96 | 0.94–0.98 | Better atomizer nozzles, plasma tuning; OEM datasheets |
| Hall flow (s/50 g, GA steels/Ni) | 16–22 | 15–19 | Satellite reduction via AI process control; ASTM B213 |
| Reuse cycles (AM, pre-blend) | 3–6 | 6–10 | Closed-loop handling; ASTM AM CoE |
| Argon use per kg powder (GA) | — | −25–40% | Argon reclamation; plant case studies |
| Share of hybrid WA+plasma for AM steels | low | rising | Cost/flow trade-off; industry reports |
Key references:
- ISO/ASTM 52907:2023 (metal powder characterization) https://www.iso.org/standard/78974.html
- ASTM B212/B213/B703, ASTM E1019 (density, flow, O/N/H) https://www.astm.org/
- NIST AM-Bench datasets https://www.nist.gov/ambench
- Wohlers Report 2025 market insights https://wohlersassociates.com/
Latest Research Cases
Case Study 1: RF Plasma Spheroidization Upgrades Water-Atomized 17-4PH for Binder Jetting (2025)
Background: A Tier-1 automotive supplier needed AM-grade flow without full GA costs for high-volume Binder Jetting.
Solution: Applied RF plasma spheroidization to WA 17-4PH, tightened PSD via classification, and optimized debind/sinter windows.
Results: Hausner ratio improved from 1.38→1.27; Hall flow from no-flow to 17.2 s/50 g; dimensional shrink variation cut by 35%; tensile properties met ASTM A564 equivalents after aging; per-kg powder cost 12–18% below GA alternative.
Case Study 2: EIGA Ti-6Al-4V Powder Reduces Oxygen Variability in Multi-Laser LPBF (2024)
Background: Aerospace producer saw fatigue scatter linked to oxygen drift in GA Ti powders across reuse cycles.
Solution: Switched to EIGA feedstock (PSD 20–45 μm), implemented closed-loop inert handling and AI melt pool monitoring; standardized HIP.
Results: O stabilized at 0.06–0.08 wt% across 8 reuse cycles; CT-detected lack-of-fusion rate reduced by 40%; HCF median life +22%; first-pass yield +16%.
Expert Opinions
- Dr. John Slotwinski, Materials Research Engineer, NIST
Key viewpoint: “For AM, the powder-making route is only half the story—consistent characterization (PSD, flow, O/N/H) per ISO/ASTM 52907 determines lot-to-lot reliability.” Source: NIST AM workshops https://www.nist.gov/ - Prof. Ian Gibson, Professor of Additive Manufacturing, University of Twente
Key viewpoint: “PREP and EIGA remain the gold standard for reactive alloys, but hybrid WA + plasma routes are closing the gap for steels where cost and throughput matter.” Source: AM conference proceedings https://www.utwente.nl/ - Dr. Anushree Chatterjee, Director, ASTM International AM Center of Excellence
Key viewpoint: “Digital material passports tied to standardized test data are accelerating powder qualification across platforms in 2025.” Source: ASTM AM CoE https://amcoe.astm.org/
Practical Tools/Resources
- ISO/ASTM 52907 (powder characterization)
https://www.iso.org/standard/78974.html - ASTM B212/B213/B703, E1019 (density, flow, tap density, O/N/H)
https://www.astm.org/ - NIST AM-Bench datasets and validation problems
https://www.nist.gov/ambench - Senvol Database: Compare machines/materials for AM powder routes
https://senvol.com/database - HSE ATEX/DSEAR: Powder handling and explosion safety
https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/atex.htm - Open-source/engineering tools: Thermo-Calc (CALPHAD), pySLM (scan path optimization), AdditiveFOAM (thermal/porosity simulation), ImageJ (particle morphology analysis)
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added 5 FAQs, 2025 trends with KPI table and sources, two recent case studies, expert viewpoints, and a curated tools/resources list aligned to ISO/ASTM best practices.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major atomizer capacity changes, or new safety directives affecting powder handling.
