حاليًا ، تشمل أنواع مواد مسحوق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأمسحوق الصلب العفن ، مسحوق سبائك النيكل, مسحوق سبائك التيتانيوم، مسحوق سبائك الكوبالت والكروم ، مسحوق سبائك الألومنيوم ومسحوق سبائك البرونز.
مسحوق المعادن يمكن تقسيم طرق التحضير وفقًا لعملية التحضير: الاختزال ، التحليل الكهربائي ، الطحن ، الانحلال ، إلخ. عمليتا تحضير المسحوق الأكثر تقدمًا في الاستخدام الشائع هما طريقة الانحلال بالأرجون وطريقة القطب الكهربائي للبلازما.
هناك العديد من مؤشرات الأداء لمساحيق المعادن للطباعة ثلاثية الأبعاد.
نقاء. يمكن أن تقلل الإضافات الخزفية بشكل كبير من أداء الجزء النهائي وهذه الشوائب بشكل عام لها نقطة انصهار عالية ، مما يجعل من الصعب تلبيدها وبالتالي تتطلب مسحوقًا خاليًا من شوائب السيراميك. بالإضافة إلى ذلك
بالإضافة إلى ذلك ، فإن محتوى الأكسجين والنيتروجين يحتاج أيضًا إلى التحكم الصارم. تعتمد تقنيات تحضير المسحوق الحالية للطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن بشكل أساسي على الانحلال (بما في ذلك الهباء الجوي وترذيذ القطب الكهربائي الدوار) ، حيث يكون للمسحوق مساحة سطح محددة كبيرة ويمكن أن يتأكسد بسهولة.
في تطبيقات خاصة مثل الفضاء ، العميل في تطبيقات خاصة مثل الفضاء ، تكون متطلبات العميل لهذا المؤشر أكثر صرامة ، مثل محتوى مسحوق الأكسجين عالي الحرارة من 0.006% إلى 0.018% ، محتوى أكسجين مسحوق سبائك التيتانيوم من 0.007% إلى 0.0131 TP1T ، محتوى أكسجين مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ من 0.007% إلى 0.013%. 0.013% ، محتوى أكسجين مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 0.010% ~ 0.025% (الكل لكسر الكتلة). بالنسبة لمساحيق سبائك التيتانيوم ، سيشكل النيتروجين والهيدروجين والتيتانيوم عند درجة حرارة عالية TiN و TiH2 ، مما يقلل من اللدونة وصلابة سبائك التيتانيوم. هذا يقلل من اللدونة والمتانة لسبائك التيتانيوم. لذلك ، يجب التحكم في الغلاف الجوي بشكل صارم أثناء تحضير المسحوق.
توزيع حجم حبيبات المسحوق. تتطلب آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد وعمليات التشكيل المختلفة توزيعات مختلفة لحجم جزيئات المسحوق. نطاق حجم الجسيمات المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن هو 15-53 ميكرومتر (مسحوق ناعم) ، 53-105 ميكرومتر (مسحوق خشن) ، والتي يمكن تخفيفها إلى 105-150 ميكرومتر (مسحوق خشن) في بعض الحالات. يتم استخدام حجم المسحوق من 15 إلى 53 ميكرومتر كمواد استهلاكية ، ويتم تجديد المسحوق طبقة تلو الأخرى ؛ يستخدم شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة.
يتم استخدام شعاع الإلكترون كمصدر للطاقة للطابعة نوع وضع المسحوق ، بقعة التركيز أكثر خشونة قليلاً ، أكثر ملاءمة لإذابة المسحوق الخشن ، ومناسبة لاستخدام مسحوق خشن من 53 إلى 105 ميكرومتر كمسحوق رئيسي ؛ بالنسبة للطابعة نوع تغذية المسحوق المحوري ، يمكن للطابعة استخدام حجم مسحوق من 105 إلى 150 ميكرومتر كمواد مستهلكة.
مورفولوجيا المسحوق. يرتبط شكل المسحوق وطريقة تحضير المسحوق ارتباطًا وثيقًا ، بشكل عام من الغاز المعدني أو السائل المنصهر إلى مسحوق ، ويميل شكل جزيئات المسحوق إلى كروي ؛ من الحالة الصلبة إلى مسحوق ، تكون جزيئات المسحوق في الغالب غير منتظمة الشكل ؛ ومن خلال طريقة التحليل الكهربائي للمحلول المائي ، تكون طريقة تحضير المسحوق شجيريًا في الغالب. بشكل عام ، كلما زادت الكروية ، كانت سيولة جزيئات المسحوق أفضل. تتطلب مساحيق المعادن المطبوعة ثلاثية الأبعاد كروية تبلغ 98% أو أكثر ، مما يجعل من السهل نشر وتغذية المسحوق أثناء الطباعة.
يعد المسحوق المحضر بجميع الطرق ، باستثناء طريقة الرش وطريقة القطب الكهربائي ، غير كروي. شكل المسحوق غير كروي. لذلك ، فإن طريقة الهباء الجوي وطريقة القطب الكهربائي هي الطريقتان الرئيسيتان لإعداد مساحيق معدنية مطبوعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة.
تدفق المسحوق وكثافة التعبئة السائبة. يؤثر تدفق المسحوق بشكل مباشر على توحيد انتشار المسحوق أثناء الطباعة واستقرار عملية تغذية المسحوق. ترتبط قابلية تدفق المسحوق بشكل المسحوق وتوزيع حجم الجسيمات والكثافة الظاهرية. ترتبط السيولة بمورفولوجيا المسحوق وتوزيع حجم الجسيمات والكثافة الظاهرية.
كلما كبرت جزيئات المسحوق ، زاد توزيع حجم الجسيمات وكثافة المسحوق. كلما كانت جزيئات المسحوق أكبر ، كلما كان شكل الجسيمات أكثر انتظامًا وصغر نسبة المسحوق الناعم جدًا في تكوين حجم الجسيمات ، وكلما زاد حجم جزيئات المسحوق ، كان شكل الجسيمات أكثر انتظامًا وصغر نسبة المسحوق الناعم جدًا في الجسيم تكوين الحجم ، كان التنقل أفضل. الجسيمات تظل الكثافة كما هي ، وتزداد الكثافة النسبية وتزداد حركة المسحوق. الجسيمات يؤدي امتصاص الماء والغازات وما إلى ذلك على السطح إلى تقليل سيولة المسحوق. كثافة التعبئة السائبة هي وحدة حجم المسحوق عندما تملأ عينة المسحوق بشكل طبيعي الحاوية المحددة. كتلة المسحوق. بشكل عام ، كلما كان حجم المسحوق خشنًا ، زادت الكثافة الظاهرية. كلما كان المسحوق خشنًا ، زادت الكثافة الظاهرية. واسع
إن تأثير الكثافة الظاهرية على كثافة منتج الطباعة المعدنية النهائي ليس حاسمًا. لا يوجد دليل قاطع على تأثير الكثافة الظاهرية على كثافة منتج الطباعة المعدنية النهائية ، ولكن زيادة الكثافة الظاهرية يمكن أن تحسن تدفق المسحوق.
Additional FAQs About Metal Powders for 3D Printing
1) What sphericity and PSD targets are recommended for LPBF vs. EBM?
- LPBF: sphericity ≥0.92–0.97, PSD 15–45 µm. EBM: sphericity ≥0.90–0.95, PSD 45–106 µm to suit larger melt pools and higher preheat temperatures.
2) How do oxygen and nitrogen contents impact part performance?
- Elevated O/N increase strength but reduce ductility and fatigue life; excessive N can form nitrides (e.g., TiN) harming toughness. Follow alloy-specific limits and verify with LECO O/N/H results on each lot.
3) What practical tests indicate good flowability for Metal Powders for 3D Printing?
- Hall flow (e.g., 12–25 s/50 g), Carney flow for coarser powders, angle of repose, and rheometry for spreadability. Pair with apparent/tap density and image-based satellite/hollow quantification.
4) How many powder reuse cycles are acceptable?
- With sieving, blending, and O/N/H monitoring, 6–10 reuse cycles are typical for steels/Ni/Ti. Stop reuse when oxygen trends upward, PSD shifts finer, or density/porosity metrics degrade.
5) What storage and handling practices preserve powder quality?
- Keep sealed under inert gas, minimize humidity and thermal cycling, ground equipment per NFPA 484, and log lot genealogy/reuse count. Sample regularly for PSD and interstitials.
2025 Industry Trends for Metal Powders for 3D Printing
- Heated build plates (200–450°C) widely adopted to broaden print windows and reduce lack-of-fusion in crack-prone alloys.
- Inline quality data on Certificates of Analysis now include CT-based hollow/satellite fraction and real-time O/N/H trends.
- Price stabilization from expanded EIGA/PA capacity; more regional atomizers shorten lead times.
- Sustainability focus: higher revert content and documented powder reuse programs without compromising mechanical properties.
- Qualification momentum: more public allowables for Ti-6Al-4V, IN718, and 316L after HIP and defined surface states.
2025 Market and Technical Snapshot
| Metric (2025) | Typical Value/Range | YoY Change | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade 316L/CoCr powder price | $30–$80/kg | -3–8% | Supplier quotes, distributor indices |
| AM-grade Ti-6Al-4V powder price | $120–$220/kg | -5–10% | Capacity gains (EIGA/PA) |
| AM-grade IN718 powder price | $70–$160/kg | -2–7% | Alloy/operator dependent |
| Recommended PSD (LPBF / EBM / DED) | 15–45 µm / 45–106 µm / 45–150 µm | Stable | OEM guidance |
| Typical LPBF density after HIP | 99.7–99.95% | +0.1–0.2 pp | OEM/academic datasets |
| Validated reuse cycles (with QC) | 6–10 | +1–2 | O/N/H + sieving programs |
| Sphericity (SEM/image analysis) | ≥0.92–0.97 | Slightly up | Supplier CoAs |
Indicative sources:
- ISO/ASTM AM standards (52900 series; 52907 powders; 52908 machine qualification): https://www.iso.org | https://www.astm.org
- NIST AM Bench and powder metrology: https://www.nist.gov
- ASM International Handbooks (Powder Metallurgy; Additive Manufacturing): https://www.asminternational.org
- NFPA 484 (Combustible metals safety): https://www.nfpa.org
Latest Research Cases
Case Study 1: Low-Oxygen IN718 Powder Improves LPBF Fatigue (2025)
Background: An aerospace tier-1 needed higher HCF life on thin LPBF brackets.
Solution: Switched to argon gas-atomized IN718 (O ≤0.025 wt%, sphericity ≥0.95), implemented 300°C plate heating, island scan with contour-first, HIP + standard age.
Results: Relative density 99.9%; surface-connected defect rate −55% on CT; HCF life (R=0.1) improved 2.1×; first-pass yield +8%.
Case Study 2: Ti-6Al-4V Powder Reuse Program with Inline O/N/H (2024)
Background: Medical OEM sought to reduce powder cost while maintaining ductility.
Solution: Established 8-cycle reuse with 53 µm sieve cutback, lot blending rules, and batchwise LECO O/N/H; parts HIP’d and machined to identical surface spec.
Results: Oxygen rose from 0.10→0.14 wt% over 8 cycles yet elongation remained within spec; no density drift (≥99.8% after HIP); powder spend −18% YoY.
Expert Opinions
- Prof. Tresa Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
Key viewpoint: “Cleanliness and morphology—especially low satellite and hollow fractions—directly map to defect populations and fatigue behavior in powder-bed parts.” - Dr. John Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
Key viewpoint: “Lot-to-lot PSD and interstitial control often determine qualification timelines more than marginal laser parameter changes.” - Dr. Christina Salvo, Materials Engineer, Aerospace AM Programs
Key viewpoint: “Heated-plate LPBF plus disciplined powder reuse plans deliver both quality and cost control for mission-critical alloys.”
Practical Tools and Resources
- Standards and guidance
- ISO/ASTM 52907 (Metal powders), 52908 (Machine qualification), 52910 (Design for AM)
- https://www.iso.org | https://www.astm.org
- Metrology and safety
- NIST AM Bench; powder characterization and porosity methods: https://www.nist.gov
- NFPA 484 for combustible metal powders: https://www.nfpa.org
- Technical databases and handbooks
- ASM Digital Library and Handbooks for AM materials: https://www.asminternational.org
- QC instrumentation
- PSD/shape: Malvern Mastersizer, image analysis/SEM
- Interstitials: LECO O/N/H analyzers
- Flow: Hall/Carney funnels, angle of repose, FT4 rheometer
- Defects: Industrial CT for hollow/satellite fraction
Last updated: 2025-08-26
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 trends with data table; provided two recent case studies; compiled expert viewpoints; listed practical tools/resources focused on Metal Powders for 3D Printing KPIs
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM update powder QA standards, OEMs publish new heated-plate LPBF datasets, or NIST/ASM release updated fatigue–defect correlation data
