Il existe plusieurs méthodes pour fabriquer de la poudre d'impression 3D de métal :
1. pulvérisation mécanique
La méthode de broyage mécanique des métaux solides est une méthode indépendante de fabrication de poudre et peut être utilisée comme processus complémentaire à certaines méthodes de fabrication de poudre. En s'appuyant sur le rôle du concassage, de l'écrasement et du broyage, la majeure partie du métal, de l'alliage ou du composé est réduite en poudre. Le degré final de broyage peut être divisé en deux catégories : le broyage grossier et le broyage fin.
Pour réduire ou augmenter encore la taille de la poudre, l'alliage de la poudre peut sélectionner le broyage mécanique.
Matériaux applicables : Fe, Al, poudre de Ti pur et alliages à base de Fe
2. la méthode d'atomisation
L'atomisation est un processus dans lequel les métaux et les alliages liquides sont brisés directement en fines gouttelettes qui se solidifient rapidement pour former une poudre. Un courant d'air ou d'eau à grande vitesse constitue à la fois la force motrice et le liquide de refroidissement du courant de métal liquide brisé. Tout matériau pouvant former un liquide peut être atomisé.
Pour la poudre de métal à bas point de fusion, le processus de granulation consiste à faire passer automatiquement le métal fondu par un petit trou ou un tamis dans l'air ou l'eau, puis à le condenser pour obtenir de la poudre de métal ; cette méthode permet d'obtenir une granulométrie grossière ;.
Autre méthode de préparation de la poudre fine : la méthode d'atomisation à l'eau ou au gaz, la méthode d'atomisation centrifuge et la méthode d'atomisation au gaz inerte par impulsions supersoniques. Prenons l'exemple de la poudre d'alliage de titane : la poudre d'alliage de titane est fondue et atomisée en fines gouttelettes par un flux d'air d'argon de haute pureté, qui tombent sous l'action de la gravité à travers le flux d'air inerte, et le processus de solidification des fines particules en poudre se déroule sous l'effet du refroidissement.
Actuellement, la méthode d'atomisation sous vide et la méthode d'atomisation sous gaz inerte (particulièrement adaptée à la préparation de poudres de métaux actifs) trouvent de plus en plus d'applications.
Matériaux applicables : Fe, Cu, métaux réfractaires, acier inoxydable, alliage de Ti, etc.
3. la méthode de réduction
La réduction est une méthode permettant de produire de la poudre métallique en réduisant les oxydes et les sels métalliques à l'aide d'un agent réducteur, ce dernier pouvant se présenter sous forme solide, gazeuse ou liquide. Y compris la méthode de réduction du carbone, la méthode de réduction du gaz, la méthode de réduction de l'hydrogène, la réduction thermique du métal, le
Matériaux appropriés : Fe, W, Ta, Zr en tant que représentants des métaux rares et des poudres de métaux réfractaires.
4.Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
Dépôt chimique en phase vapeur par condensation de vapeur métallique avec un réducteur en phase vapeur. Ces matériaux se caractérisent par un point de fusion bas et une volatilité élevée.
5. méthode électrolytique
Méthode de dépôt de poudre à partir de la cathode d'une cellule électrolytique dans certaines conditions. La méthode de l'électrolyse est la deuxième méthode la plus utilisée après celle de la réduction. Bien que le coût de fabrication soit élevé, la pureté de la préparation est également élevée, et elle a un effet de purification similaire sur la poudre métallique.
Principe : Électrolyse chimique
Matériaux applicables : Fe, Cu, Ni, Ti et autres poudres métalliques, ainsi que les composés intermétalliques.
6.Rotating Electrode Com-minuting Process
Actuellement, la plus grande échelle de production et la méthode de préparation de poudre d'alliage à haute température la plus représentative : la méthode de fabrication de poudre par électrode rotative à plasma (c'est-à-dire la méthode PREP), qui prépare une poudre de bonne forme (sphérique), moins poreuse et à faible teneur en oxygène. Cette méthode est plus coûteuse et convient généralement aux domaines aérospatial et biomédical.
Principe : le pistolet à plasma est utilisé pour générer un flux de plasma dans la chambre d'atomisation scellée afin de faire fondre l'extrémité du moteur de la barre en alliage tournant à grande vitesse. Le métal liquide est atomisé en très petites gouttelettes sous l'action de la force centrifuge au stade initial du tir à la volée et est refroidi dans le gaz inerte.
Matériaux applicables : Métaux à base de nickel et autres métaux réfractaires, Ti et autres métaux actifs.
7.Sphéroïdisation Méthode
La méthode de sphéroïdisation comprend principalement la sphéroïdisation par plasma RF, la sphéroïdisation par plasma laser et d'autres sources de chaleur pour la sphéroïdisation.
Principe : Prenons l'exemple de la sphéroïdisation par plasma : des particules de poudre de titane de forme irrégulière mélangées à du gaz inerte sont ajoutées à la torche à plasma, qui les chauffe et les fait fondre rapidement ; les particules fondues forment des gouttelettes à haute sphéricité sous l'action de la tension superficielle, et une poudre sphérique est obtenue par refroidissement rapide en très peu de temps.
Matériaux applicables : principalement utilisés pour le traitement secondaire des poudres métalliques irrégulières.
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
| Métrique | 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.
