3D-Druck von Metallpulvern
Metallpulver sind das wichtigste Rohmaterial für den 3D-Druck von Metallteilen, und die Pulvereigenschaften sind einer der wichtigsten Faktoren, die die Qualität von 3D-Druckprodukten aus Metall beeinflussen. Pulvermaterialien mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm gelten im Allgemeinen als geeignet für den 3D-Druck, aber hochwertige 3D-gedruckte Metallprodukte stellen höhere Anforderungen an Form, Partikelgröße und Reinheit des Pulvers. Die wichtigsten Arten von 3D-Druckgeräten sind die Pulverstreuung, die koaxiale Pulverzufuhr und die seitliche Pulverzufuhr, abhängig von der Pulverzufuhrmethode. Die seitliche Pulverzufuhr beim 3D-Druck des Endprodukts
Die Form- und Maßgenauigkeit des fertigen Teils ist gering, die Laserenergie kann nicht vollständig genutzt werden und die Pulverausnutzung ist niedrig. Daher sind hochwertige 3D-Metalldruckgeräte hauptsächlich Die beiden wichtigsten Methoden der Pulvernachfüllung sind die Pulverstreuung und die koaxiale Pulverzufuhr.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Metallwerkstoffen, die mit einem großen Maschinenpark, langen Prozessen, hohem Energieverbrauch, Umweltverschmutzung und geringer Materialausnutzung verbunden sind, bietet der 3D-Metalldruck folgende Vorteile: (1) hohe Gesamtmaterialausnutzung; (2) keine Notwendigkeit, Formen zu öffnen, wenige Herstellungsprozesse und kurze Zykluszeiten; (3) Herstellung von Teilen mit komplexen Strukturen; (4) freie Gestaltung entsprechend den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften, ohne Berücksichtigung der Herstellungsprozesse. In den letzten Jahren hat sich der 3D-Metalldruck rasant entwickelt. GKN Aerospace beliefert Frankreichs Airbus und Safran mit Raketendüsen für die Ariane 6 (SWAN) mit einem Durchmesser von 2,5 m. Dabei werden wichtige Strukturkomponenten durch Laserschweißen und Laser-Energie-Auftragsverfahren bearbeitet, wodurch die Anzahl der Düsenkomponenten von
ca. 1.000 auf ca. 100 Teile, wodurch sich die Kosten um 40 % und die Lieferzeiten um 30 % verringern. Der 3D-Metalldruck wird hauptsächlich für die schnelle Herstellung von Modellen für das Industriedesign und die Bearbeitung komplexer Formen sowie für die Produktion von Kleinserien, komplexen Strukturen, Hochleistungsbauteilen und großen Metallteilen eingesetzt. Der 3D-Metalldruck verwendet Metallpulver als additives Material und nutzt Schnellformverfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM), das selektive Elektronenstrahlschmelzen (EBSM) oder das Laser Near Net Forming (LENS), um ein digitales Computermodell schnell in ein massives Teil zu verwandeln. Hochwertige 3D-gedruckte Metallteile für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich, in der Medizin, im Automobilbau und in der Elektronik müssen eine hohe Festigkeit, Maßgenauigkeit, Wasserdichtigkeit und ein geringes Gewicht aufweisen. Qualitätskontrollmittel für 3D-Druckverfahren aus Metall Neben der Druckausrüstung müssen auch die Eigenschaften des Metallpulvers, einschließlich der Sphärizität und Reinheit des Pulvers, die Partikelgrößenverteilung
Sphärizität und Sauberkeit des Pulvers, Partikelgrößenverteilung, Sauerstoffgehalt, Fließfähigkeit und Schüttdichte Die Qualität des Metallpulvers, einschließlich der Sphärizität und Sauberkeit des Pulvers, der Partikelgrößenverteilung, des Sauerstoffgehalts, der Fließfähigkeit und der Schüttdichte, hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss.
Wichtige Leistungsindikatoren für den 3D-Druck von Metallpulvern
(1) Reinheit. Keramische Einschlüsse können die Leistung des fertigen Teils erheblich beeinträchtigen. Diese Einschlüsse haben im Allgemeinen einen hohen Schmelzpunkt und lassen sich nur schwer in Form sintern, weshalb das Pulver frei von keramischen Einschlüssen sein muss. Darüber hinaus muss der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt streng kontrolliert werden. Die derzeitige Pulveraufbereitungstechnologie für den 3D-Druck von Metallen basiert hauptsächlich auf der Zerstäubung (einschließlich Techniken wie Aerosolisierung und Rotationselektrodenzerstäubung), bei der das Pulver eine große spezifische Oberfläche hat und leicht oxidiert wird. In der Luft- und Raumfahrt und anderen Spezialanwendungen sind die Kundenanforderungen für diesen Indikator strenger, wie z. B. Sauerstoffgehalt von Pulver aus Hochtemperaturlegierungen von 0,006 % ~ 0,018 %, Sauerstoffgehalt von Pulver aus Titanlegierungen von 0,007 % ~ 0,013 %, Sauerstoffgehalt von Pulver aus rostfreiem Stahl von 0,010 % ~ 0,025 % (alle Massenanteile). Bei Titanlegierungspulver bilden Stickstoff, Wasserstoff und Titan bei hohen Temperaturen TiN und TiH2, wodurch die Plastizität und Zähigkeit der Titanlegierung verringert wird. Daher sollte der Pulveraufbereitungsprozess streng auf die Atmosphäre kontrolliert werden.
(2) Partikelgrößenverteilung des Pulvers. Wie oben erwähnt, erfordern unterschiedliche 3D-Druckgeräte und Formgebungsverfahren unterschiedliche Pulverpartikelgrößenverteilungen. Gegenwärtig beträgt die übliche Pulverpartikelgrößenverteilung für den 3D-Druck von Metall 15-53 μm (feines Pulver), 53-105 μm (grobes Pulver), die in einigen Fällen auf 105-150 μm (grobes Pulver) reduziert werden kann [11]. 3D-Druck mit Metallpulver Partikelgröße Auswahl basiert hauptsächlich auf den verschiedenen Energiequellen von Metall-Drucker, mit Laser als die Energiequelle des Druckers, wegen seiner feinen Fokuspunkt, leichter zu schmelzen Feines Pulver, geeignet für die Verwendung 15 ~ 53 μm Pulver als Verbrauchsmaterialien, Pulver Nachschub-Methode für Schicht für Schicht legen Pulver; mit Elektronenstrahl als Energiequelle des Druckers, Fokussierungspunkt etwas grob, besser geeignet für das Schmelzen von grobem Pulver, geeignet für die Verwendung von 53 ~ 105 μm grobem Pulver als Haupt; für koaxiale Pulverzufuhr Typ Drucker kann die Partikelgröße von 105 ~ 150 μm Pulver als Verbrauchsmaterial verwenden.
(3) Morphologie des Pulvers. Pulver Morphologie und Pulver Vorbereitung Methode ist eng miteinander verbunden, in der Regel aus dem Metall Gas oder geschmolzene Flüssigkeit in Pulver, Pulver Partikelform neigt dazu, kugelförmig; aus dem festen Zustand in Pulver, Pulver Partikel sind mehr unregelmäßige Form, und durch die wässrige Lösung Elektrolyse Methode der Vorbereitung der Pulver meisten dendritischen. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Sphärizität, desto besser die Fließfähigkeit der Pulverteilchen.
3D-Druck von Metallpulvern erfordern eine Sphärizität von 98 % oder mehr, was die Verteilung und Zuführung des Pulvers während des Drucks erleichtert. Aerosolisierungs- und Rotationselektrodenverfahren sind die wichtigsten Methoden für die Herstellung hochwertiger 3D-Druck-Metallpulver.
- Fließfähigkeit des Pulvers und Dichte der losen Packung. Die Fließfähigkeit des Pulvers wirkt sich direkt auf die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Pulvers und die Stabilität der Pulverzufuhr im Druckprozess aus. (4) Fließfähigkeit des Pulvers und Schüttdichte. Die Fließfähigkeit steht im Zusammenhang mit der Pulvermorphologie, der Partikelgrößenverteilung und der Schüttdichte. Je größer die Pulverpartikel sind, desto größer ist die Partikelgrößenverteilung und die Dichte des Pulvers. Je größer die Pulverpartikel, je regelmäßiger die Partikelform und je geringer der Anteil an sehr feinem Pulver in der Partikelzusammensetzung ist, desto besser ist die Mobilität. Partikel Die Dichte bleibt gleich, die relative Dichte steigt und die Pulvermobilität nimmt zu. Partikel Die Adsorption von Wasser, Gasen usw. an der Oberfläche verringert die Fließfähigkeit des Pulvers. Die lose Packungsdichte ist eine Volumeneinheit des Pulvers, wenn die Pulverprobe den angegebenen Behälter auf natürliche Weise ausfüllt. Die Masse des Pulvers. Im Allgemeinen gilt: Je gröber das Pulver, desto höher die Schüttdichte. Je gröber das Pulver, desto höher die Schüttdichte. Lose Die Auswirkung der Schüttdichte auf die Dichte des endgültigen Metalldruckprodukts ist nicht schlüssig. Die Auswirkung der Schüttdichte auf die Dichte des endgültigen Metalldruckprodukts ist nicht schlüssig belegt, aber eine Erhöhung der Schüttdichte verbessert das Fließverhalten des Pulvers.
Der 3D-Druck ist eine aufstrebende Materialherstellungstechnologie, die sich in den letzten Jahren rasant entwickelt hat, da sie für eine Vielzahl von Materialien geeignet ist und eine breite Palette von Anwendungen sowie hohe Materialisierungsraten bietet.
Metallpulver sind ein wichtiges Verbrauchsmaterial für den 3D-Druck von Metallen, von denen AA und PREP-Methoden wurden in der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits erfolgreich angewandt. Die AA- und PREP-Methoden wurden in der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits erfolgreich eingesetzt. Metallpulver für den 3D-Druck müssen jedoch Die Pulvergröße muss klein sein, mit einer engen Partikelgrößenverteilung, hoher Sphärizität und geringem Sauerstoffgehalt. Es ist klar, dass die PREP-Methode für die Anwendung von Metallpulvern im 3D-Druck besser ist als die traditionelle AA-Methode (VIGA). Die PREP-Methode ist eindeutig vorteilhafter als die herkömmliche AA-Methode (VIGA-Methode) für die Herstellung hochwertiger 3D-gedruckter Metallteile und wird inzwischen in vielen koaxial gespeisten 3D-Druckmaschinen eingesetzt. Die PREP-Methode ist in 3D-Druckmaschinen mit koaxialer Zuführung weit verbreitet. Die PREP-Methode ist in koaxial beschickten 3D-Druckmaschinen weit verbreitet, da sie ultrafeine kugelförmige Pulver (Partikelgröße bis zu 50 μm) herstellen kann. (Partikelgröße bis zu 50 μm) und der relativ geringen Produktion Die Verwendung des PREP-Verfahrens in 3D-Druckmaschinen mit Pulverstreuung ist aufgrund der geringen Ausbeute und der relativ geringen Produktivität relativ gering. Daher ist es dringend erforderlich, den Prozess zu optimieren und eine neue Generation von Plasma-Rotations-Elektroden-Zerstäubungspulvertechnologie und -ausrüstung zu entwickeln, um die Ausbeute an ultrafeinen sphärischen Metallpulvern weiter zu verbessern Die Entwicklung einer neuen Generation von Plasma-Rotations-Elektroden-Zerstäubungstechnologie und -ausrüstung ist daher dringend erforderlich, um die Ausbeute an ultrafeinen sphärischen Metallpulvern weiter zu verbessern und die kontinuierliche Produktion von qualitativ hochwertigen ultrafeinen sphärischen Metallpulvern, wie z. B. auf Nickelbasis, Legierungen auf Nickelbasis, Kobaltbasis und Titanlegierungen in großen Mengen, wodurch
Die PREP-Methode kann verwendet werden, um das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Metallpulvern zu verbessern und sie an verschiedene Das wird die Kosteneffizienz der PREP-Methode verbessern und es ermöglichen, sie an verschiedene Arten von 3D-Druckgeräten anzupassen, wodurch sie im 3D-Druck breiter eingesetzt werden kann.