Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Metall-3D-Druckpulver:
1. mechanische Pulverisierung
Die mechanische Zerkleinerung von festen Metallen ist ein unabhängiges Verfahren zur Pulverherstellung und kann als ergänzendes Verfahren zu einigen Pulverherstellungsmethoden eingesetzt werden. Durch Zerkleinern, Schlagen und Mahlen wird der Großteil des Metalls, der Legierung oder der Verbindung zu Pulver zerkleinert. Der endgültige Zerkleinerungsgrad kann in zwei Kategorien unterteilt werden: Grobzerkleinerung und Feinzerkleinerung.
Zur weiteren Verkleinerung oder Vergrößerung des Pulvers kann das Legieren des Pulvers durch mechanisches Mahlen erfolgen.
Anwendbare Materialien: Fe, Al, reines Ti-Pulver und Fe-Basis-Legierungen
2. die Zerstäubungsmethode
Die Zerstäubung ist ein Verfahren, bei dem flüssige Metalle und Legierungen direkt in feine Tröpfchen zerlegt werden, die schnell zu einem Pulver erstarren. Ein Hochgeschwindigkeitsluft- oder Wasserstrom ist sowohl die treibende Kraft als auch das Kühlmittel für den gebrochenen Metall-Flüssigkeitsstrom. Grundsätzlich kann jedes Material, das eine Flüssigkeit bilden kann, zerstäubt werden.
Für niedrige Schmelzpunkt Metallpulver, ist die Granulation Prozess zu lassen, das geschmolzene Metall durch ein kleines Loch oder Bildschirm automatisch in die Luft oder Wasser, kondensieren, um Metallpulver zu erhalten, diese Methode der Herstellung von Pulver Partikelgröße grob;.
Eine weitere Methode zur Herstellung von feinem Pulver: Wasserzerstäubung oder Gaszerstäubung, Zentrifugalzerstäubung und Inertgaszerstäubung mit Überschallimpulsen. Nehmen Sie Titanlegierungspulver als Beispiel: Das Titanlegierungspulver wird geschmolzen und durch einen hochreinen Argongasstrom in feine Tröpfchen zerstäubt, die unter der Wirkung der Schwerkraft durch den Inertluftstrom fallen, und der Prozess der Verfestigung der feinen Partikel zu Pulver unter seiner Kühlung.
Gegenwärtig gibt es mehr Anwendungen für die Vakuumzerstäubungsmethode und die Inertgaszerstäubungsmethode (besonders geeignet für die Herstellung von Aktivmetallpulver).
Anwendbare Materialien: Fe, Cu, hochschmelzende Metalle, rostfreier Stahl, Ti-Legierung, usw.
3. die Reduktionsmethode
Die Reduktion ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Reduktion von Metalloxiden und Salzen mit einem Reduktionsmittel, wobei das Reduktionsmittel in fester, gasförmiger oder flüssiger Form vorliegen kann. Einschließlich Kohlenstoffreduktionsverfahren, Gasreduktionsverfahren, Wasserstoffreduktionsverfahren, thermische Metallreduktion, die
Geeignete Materialien: Fe, W, Ta, Zr als Vertreter der seltenen Metalle und Refraktärmetallpulver
4.Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
Chemische Gasphasenabscheidung durch Metalldampfkondensation mit einem Dampfphasenreduktionsmittel. Diese Materialien zeichnen sich durch einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Flüchtigkeit aus.
5. elektrolytische Methode
Verfahren zur Abscheidung von Pulver von der Kathode einer elektrolytischen Zelle unter bestimmten Bedingungen. Das Elektrolyseverfahren ist nach dem Reduktionsverfahren das am zweithäufigsten verwendete Verfahren. Obwohl die Herstellungskosten hoch sind, ist die Reinheit des Präparats ebenfalls hoch, und es hat eine ähnliche Reinigungswirkung auf Metallpulver.
Das Prinzip: Chemische Elektrolyse
Anwendbare Materialien: Fe, Cu, Ni, Ti und andere Metallpulver sowie intermetallische Verbindungen.
6.Rotating Electrode Com-minuting Process
Das derzeit größte Produktionsvolumen und die repräsentativste Methode zur Herstellung von Pulver aus Hochtemperaturlegierungen ist die Pulverherstellung mit rotierenden Plasmaelektroden (d. h. die PREP-Methode), bei der Pulver mit guter Form (rund und kugelförmig), geringer Porosität und niedrigem Sauerstoffgehalt hergestellt wird. Diese Methode ist kostspieliger und eignet sich in der Regel für die Luft- und Raumfahrt sowie für biomedizinische Bereiche.
Prinzip: Die Plasmakanone wird zur Erzeugung eines Plasmastroms in der versiegelten Zerstäubungskammer verwendet, um das Ende des mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Legierungsstangenmaterials zu schmelzen, und das flüssige Metall wird unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in der Anfangsphase des Flugschusses in sehr kleine Tröpfchen zerstäubt und im Inertgas abgekühlt.
Anwendbare Materialien: Ni-Basis und andere Refraktärmetalle, Ti und andere aktive Metalle.
7.Spheroidisierend Methode
Sphäroidisierung Methode hat vor allem: RF-Plasma-Sphäroidisierung, Laser-Plasma-Sphäroidisierung und andere Wärmequellen der Sphäroidisierung
Prinzip: Nehmen wir als Beispiel die Plasmasphäroidisierung: unregelmäßig geformte Titanpulverpartikel, die mit Inertgas vermischt sind, werden dem Plasmabrenner zugeführt, der sie schnell erhitzt und zum Schmelzen bringt; die geschmolzenen Partikel bilden unter der Wirkung der Oberflächenspannung Tröpfchen mit hoher Sphärizität, und durch schnelles Abkühlen wird in sehr kurzer Zeit kugelförmiges Pulver erhalten.
Anwendbare Materialien: hauptsächlich für die sekundäre Verarbeitung von unregelmäßigem Metallpulver verwendet.
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
| Metrisch | 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.
