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Todos sabemos que existen pocas tecnologías típicas para preparar el esférico polvo metálico, son Automatización de gas (GA), Proceso de electrodo rotatorio de plasma (preparación), Atomización de plasma (PA), Esferoidización de plasma (PS).
Las 4 mejores técnicas de preparación de polvo metálico esférico:
Automatización de gas (GA)
La producción de polvo en aerosol es el uso de un flujo de aire de alta velocidad para romper las corrientes de metal líquido en pequeñas gotas, que luego se condensan rápidamente para producir un polvo con forma.
La aerosolización se ha convertido en el método más importante para la preparación de polvos de aleación y metales esféricos finos y, según las estadísticas, la producción de polvos metálicos por atomización ha alcanzado el 80% de la producción de polvo total mundial. Hay muchos tipos diferentes de polvos metálicos que se pueden producir industrialmente por atomización, incluidos casi todos los sistemas de metales y aleaciones comunes, excepto los metales refractarios como el tungsteno y el molibdeno y los metales muy reactivos.
Este método produce polvos metálicos con un tamaño de partícula fino (<150μm), buena esfericidad, alta pureza, bajo contenido de oxígeno, velocidad de formación rápida y baja contaminación ambiental, y es el método principal para la preparación de polvos metálicos para pulvimetalurgia, moldeo por inyección de metales. y fabricación aditiva de metales.
Atomización por plasma (PA)
La atomización por plasma (PA) es el proceso de alimentar materias primas metálicas (generalmente alambre) a una cierta velocidad a través de un mecanismo de alimentación especial. Las materias primas se dispersan rápidamente en gotitas ultrafinas o aerosoles mediante chorros de plasma enfocados generados por múltiples antorchas de plasma montadas simétricamente en la parte superior del horno, y el intercambio de calor con gases inertes para enfriar durante el proceso de deposición, dando como resultado un polvo casi esférico. .
Utilizando la tecnología de atomización por plasma, se pueden obtener polvos de aleación de titanio con un tamaño de partícula pequeño, alta pureza y buena fluidez. A diferencia de las técnicas convencionales de fabricación de polvo, la atomización por plasma no utiliza las corrientes de medios gaseosos o de agua comúnmente utilizadas para triturar la corriente de líquido, sino más bien un plasma caliente, lo que evita el problema de la esfericidad deficiente de las gotas fundidas debido al enfriamiento rápido. Además, este método no requiere el uso de crisoles cerámicos convencionales y es adecuado para la pulverización de todos los materiales metálicos que pueden fundirse, especialmente los materiales metálicos altamente reactivos que contienen titanio y que provocan la contaminación del crisol.
Proceso de electrodo rotatorio de plasma (PREP)
El método de atomización con electrodo rotativo de plasma es una de las formas más ideales de preparar materiales en polvo esférico de alta pureza y densidad. El mecanismo se puede describir simplemente de la siguiente manera: el haz de plasma es la fuente de calor, el metal o la aleación es el electrodo autoconsumible, los extremos del electrodo se funden en una película líquida por el plasma coaxial y el polvo esférico se obtiene debajo del acción de su propia fuerza centrífuga de alta velocidad y tensión superficial.
Características de fabricación de polvo de atomización rotatoria por plasma: (1) distribución del tamaño de partícula de polvo estrecha, tamaño de partícula más controlable, método de atomización de gas de alta esfericidad preparado el tamaño de partícula de polvo de aleación se concentra principalmente en el rango de 0-150μm; método de atomización de electrodo rotatorio de plasma preparado el tamaño de partícula de polvo de aleación se concentra principalmente en 20-200μm. (2) el polvo básicamente no existe polvo hueco, polvo satélite (3) menos inclusiones de cerámica en polvo, mayor limpieza (4) incremento de oxígeno en polvo menos sin aleación proceso de fusión; sin flujo de aire inerte de alta velocidad para romper la corriente de líquido; Incremento de oxígeno en polvo en aerosol en más de 100 ppm, el incremento de oxígeno en polvo de atomización rotatoria por plasma se puede controlar en menos de 50 ppm. Las ventajas de la tecnología de fabricación de polvo de atomización rotatoria por plasma en la fabricación aditiva 1) polvo sólido, el proceso de impresión no existirá en la bola hueca provocada por espacios de aire, poros de participación y precipitación, grietas y otros defectos; 2) tamaño de partícula de polvo, distribución estrecha del tamaño de partícula, proceso de impresión menos / sin esferificación, fenómeno de aglomeración, mayor acabado de la superficie y la consistencia y uniformidad de la impresión pueden garantizarse por completo.
Esferoidización del plasma (PS)
La técnica de esferoidización por plasma utiliza las características de alta temperatura del plasma para calentar y fundir rápidamente partículas de polvo de forma irregular alimentadas al plasma, que se solidifican rápidamente bajo el efecto combinado de la tensión superficial y gradientes de temperatura extremadamente altos para formar polvos esféricos. El plasma tiene las ventajas de alta temperatura (~ 104 K), gran volumen de antorcha de plasma, alta densidad de energía, sin contaminación de electrodos, rápida transferencia de calor y enfriamiento, etc. Es una buena manera de producir polvos esféricos de alta calidad con componentes uniformes, alto esfericidad y buena fluidez, especialmente en la preparación de metales refractarios raros, óxidos, nitruros, carburos y otros polvos esféricos.
Lo anterior es una breve introducción a los principios y características de varios tipos de equipos de fabricación de polvo para impresión 3D. En resumen, la tecnología de fabricación de polvo atomizado, especialmente VIGA y EIGA, es actualmente la tecnología de fabricación de polvo más utilizada, pero aún está limitada por la pureza y la esfericidad del polvo en comparación con varias otras tecnologías.
Cuando se comparan las tecnologías PREP, PA y PS, el PA tiene más polvo satélite, el PS está limitado por la materia prima y el PREP tiene un rendimiento de finos relativamente bajo en comparación con los otros dos.
Additional FAQs on Spherical Metallic Powder
1) Which method yields the highest sphericity and cleanliness for reactive alloys like Ti or Ni superalloys?
PREP generally delivers the highest sphericity and lowest inclusion/oxygen pickup because there is no crucible and minimal melt exposure; EIGA/PA are also strong for reactivity control.
2) How do I choose between Gas Atomization (GA) and Plasma Atomization (PA) for AM powders?
Choose GA for broad alloy coverage and cost efficiency, especially steels and Ni alloys; choose PA for finer PSD, higher sphericity, and lower oxygen in Ti/CoCr, where flowability and purity are critical.
3) When is Plasma Spheroidization (PS) preferable?
PS is ideal for converting irregular feedstocks (e.g., milled, hydride–dehydride Ti, refractory/ceramic powders) to high-sphericity particles, improving flowability without fully remelting large ingots.
4) What PSD ranges are typical for LPBF vs. L-DED from each method?
LPBF: D10–D90 ≈ 15–45 μm (PA, PREP, fine GA, PS-refined). L-DED: 45–150 μm (coarser GA/PREP cuts). Binder jetting often prefers 5–25 μm with tight tails.
5) How does satellite powder formation impact print quality and how can it be minimized?
Satellites reduce flowability and increase porosity risk. Mitigate via optimized atomization pressure/temperature, nozzle design, post-process classification/sieving, and PS reconditioning for GA/PA lots.
2025 Industry Trends in Spherical Metallic Powder
- Multi-laser AM drives tighter PSD control and lower oxygen specs for GA and PA powders.
- Blue/green laser compatibility pushes demand for high-reflectivity Cu/Al spherical metallic powder with enhanced sphericity and oxide control (e.g., EIGA + PS).
- Sustainability: Powder genealogy, higher recycle blend-back with inline O2/H2O monitoring, and EPDs requested by aerospace/medical OEMs.
- Hybrid routes: GA base powder reconditioned by PS to reduce satellites and narrow PSD; PREP used for premium lots where defect tolerance is minimal.
- Cost-down focus: Improved yield in PREP (adaptive electrode control) and PA (torch optimization) narrowing price gap with GA for Ti-6Al-4V.
| 2025 Metric (Spherical Metallic Powder) | Typical Range/Value | Relevance | Fuente |
|---|---|---|---|
| LPBF PSD target (D10–D90) | 15–45 μm | Flowability and layer quality | ISO/ASTM 52907 |
| Tap density of premium Ti-6Al-4V PA/PREP powders | 2.5-2,9 g/cm³ | Packing, density | OEM datasheets |
| Oxygen spec (Ti AM-grade) | ≤0.13 wt% (ELI), ≤0.20 wt% (Grade 5) | Ductility, fatigue | ASTM F136/F3001 |
| Satellite content (post-PS reconditioning) | <3–5% by count | Flow/defect control | Supplier QC notes |
| Indicative lot yield in PREP (20–200 μm) | 55–70% after classification | Cost and availability | Vendor application notes |
| Market price band (Ti-6Al-4V powder) | ~$80–$200/kg (GA) vs. ~$120–$300/kg (PA/PREP) | Budgeting | Market trackers/suppliers |
Authoritative references and further reading:
- ISO/ASTM 52907 (Additive manufacturing feedstock): https://www.iso.org
- ASTM F2924, F3001 (Ti alloys for AM): https://www.astm.org
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
- ASM Handbook: Powder Metallurgy and Additive Manufacturing: https://www.asminternational.org
Latest Research Cases
Case Study 1: PS Reconditioning of GA Inconel 718 to Reduce Satellites (2025)
Background: An aerospace supplier experienced recoater streaks and variable density from GA IN718 due to satellite-rich lots.
Solution: Applied plasma spheroidization to re-melt particle surfaces, followed by tight classification; implemented inline O2/H2O monitoring and argon recirculation.
Results: Satellite count reduced from ~12% to <3%; Hall flow improved by 18%; LPBF porosity fell from 0.45% to 0.12% without parameter change.
Case Study 2: PREP Titanium Alloy Powder for Thin‑Wall LPBF Lattice Structures (2024)
Background: A medical OEM required high ductility and fatigue life in Ti‑6Al‑4V ELI lattices.
Solution: Switched to PREP powder with narrow PSD (20–40 μm) and O ≤0.12 wt%; applied low‑energy contour scans and stress relief.
Results: 10–15% higher elongation, 25% improvement in HCF endurance at 10⁷ cycles; surface defect incidence reduced, enabling lower CT sampling.
Expert Opinions
- Prof. John Campbell, Casting and Atomization Specialist (Emeritus), University of Birmingham
Key viewpoint: “Control of melt cleanliness and turbulence during atomization is as decisive as gas velocity for minimizing satellites and inclusions.” - Dr. Martina Zimmermann, Head of Additive Materials, Fraunhofer IWM
Key viewpoint: “PS as a secondary step is proving cost‑effective to lift GA powder quality to PA/PREP performance for many aerospace parts.” - Dr. Brent Stucker, AM standards contributor and industry executive
Key viewpoint: “Powder passports tying PSD, O/N/H, and in‑process monitoring to acceptance are accelerating serial qualification of spherical metallic powder.”
Citations for expert profiles:
- University of Birmingham: https://www.birmingham.ac.uk
- Fraunhofer IWM: https://www.iwm.fraunhofer.de
- ASTM AM CoE: https://amcoe.org
Practical Tools and Resources
- Standards and QC
- ISO/ASTM 52907 (feedstock), ASTM B214/B822 (PSD), ASTM B212/B329 (apparent/tap density)
- NFPA 484 (combustible metals safety): https://www.nfpa.org
- Characterization labs and equipment
- LECO O/N/H analyzers: https://www.leco.com
- Laser diffraction and SEM services at accredited labs
- Process and design tools
- Ansys Additive, Simufact Additive for parameter optimization and distortion control
- nTopology for lattice design tailored to powder PSD
- Market/data
- Senvol Database (machines/materials): https://senvol.com/database
- NIST AM Bench datasets: https://www.nist.gov
Last updated: 2025-08-21
Changelog: Added 5 targeted FAQs, 2025 trends with metrics table and sources, two recent case studies on PS and PREP routes, expert viewpoints with citations, and practical tools/resources relevant to spherical metallic powder.
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM feedstock standards update, major OEMs publish new PSD/oxygen specs, or significant price/yield shifts occur in GA/PA/PREP/PS routes.
