Actuellement, les types de matériaux en poudre métallique pour l'impression 3D sont les suivants Poudre d'acier inoxydablePoudre d'acier de moulage, poudre d'alliage de nickel, Poudre d'alliage de titanepoudre d'alliage de cobalt-chrome, poudre d'alliage d'aluminium et poudre d'alliage de bronze.
Poudre métallique Les méthodes de préparation des poudres peuvent être divisées en fonction du processus de préparation : réduction, électrolyse, broyage, atomisation, etc. Les deux procédés de préparation de poudre les plus avancés couramment utilisés sont l'atomisation à l'argon et la méthode de l'électrode rotative à plasma.
Il existe plusieurs indicateurs de performance pour les poudres métalliques destinées à l'impression 3D.
Pureté. Les inclusions de céramique peuvent réduire considérablement les performances de la pièce finale et ces inclusions ont généralement un point de fusion élevé, ce qui les rend difficiles à fritter et nécessite donc une poudre exempte d'inclusions de céramique. En outre, la poudre doit être exempte d'inclusions céramiques.
En outre, la teneur en oxygène et en azote doit également être strictement contrôlée. Les techniques actuelles de préparation des poudres pour l'impression 3D de métaux sont principalement basées sur l'atomisation (y compris l'aérosolisation et l'atomisation par électrode rotative), où la poudre a une grande surface spécifique et est facilement oxydée.
Dans les applications spéciales telles que l’aérospatiale, les exigences du client pour cet indice sont plus strictes, telles que la teneur en oxygène de la poudre d’alliage à haute température de 0,006% à 0,018%, la teneur en oxygène de la poudre d’alliage de titane de 0,007% à 0,013%, la teneur en oxygène de la poudre d’acier inoxydable de 0,007% à 0,013%. 0,013%, teneur en oxygène de la poudre d'acier inoxydable de 0,010% ~ 0,025% (toutes pour la fraction de masse). Pour les poudres d'alliage de titane, l'azote, l'hydrogène et le titane à haute température formeront du TiN et du TiH2, réduisant la plasticité et la ténacité de l'alliage de titane. Cela réduit la plasticité et la ténacité de l'alliage de titane. Par conséquent, l'atmosphère doit être strictement contrôlée pendant la préparation de la poudre.
Distribution de la taille des particules de poudre. Les différentes machines d'impression 3D et les processus de formage nécessitent des distributions de taille de particules de poudre différentes. La gamme de tailles de particules des poudres couramment utilisées dans l'impression 3D de métaux est de 15 à 53 μm (poudre fine), de 53 à 105 μm (poudre grossière), qui peut être assouplie à 105-150 μm (poudre grossière) dans certains cas. La taille de la poudre de 15 à 53 μm est utilisée comme consommable, et la poudre est remplacée couche par couche ; le faisceau d'électrons est utilisé comme source d'énergie.
Le faisceau d'électrons est utilisé comme source d'énergie pour l'imprimante de type pose de poudre, le point de focalisation est légèrement plus grossier, plus adapté à la fusion de la poudre grossière, adapté à l'utilisation de la poudre grossière de 53 à 105 μm comme principale ; pour l'imprimante de type alimentation en poudre coaxiale peut utiliser la taille de la poudre de 105 à 150 μm comme consommables.
Morphologie de la poudre. La forme de la poudre et la méthode de préparation de la poudre sont étroitement liées. En général, à partir d'un gaz métallique ou d'un liquide fondu transformé en poudre, la forme des particules de poudre tend à être sphérique ; à partir de l'état solide transformé en poudre, les particules de poudre sont principalement de forme irrégulière ; et par la méthode de préparation de la poudre par électrolyse d'une solution aqueuse, les particules sont principalement dendritiques. En général, plus la sphéricité est élevée, meilleure est la fluidité des particules de poudre. Les poudres métalliques imprimées en 3D doivent avoir une sphéricité de 98 % ou plus, ce qui facilite l'étalement et l'alimentation de la poudre pendant l'impression.
La poudre préparée par toutes les méthodes, à l'exception de la méthode d'aérosolisation et de la méthode de l'électrode rotative, n'est pas sphérique. La forme de la poudre est non sphérique. Par conséquent, la méthode d'aérosolisation et la méthode de l'électrode rotative sont les principales méthodes de préparation de poudres métalliques imprimées en 3D de haute qualité.
Écoulement de la poudre et densité de l'emballage en vrac. L'écoulement de la poudre affecte directement l'uniformité de l'étalement de la poudre pendant l'impression et la stabilité du processus d'alimentation en poudre. La fluidité de la poudre est liée à la forme de la poudre, à la distribution de la taille des particules et à la densité apparente. La fluidité est liée à la morphologie de la poudre, à la distribution de la taille des particules et à la densité apparente.
Plus les particules de poudre sont grosses, plus la distribution granulométrique et la densité de la poudre sont importantes. Plus les particules de poudre sont grosses, plus la forme des particules est régulière et plus la proportion de poudre très fine dans la composition granulométrique est faible, meilleure est la mobilité. Particules La densité reste la même, la densité relative augmente et la mobilité de la poudre augmente. Particules L'adsorption d'eau, de gaz, etc. sur la surface réduit la fluidité de la poudre. La densité d'emballage en vrac est une unité de volume de poudre lorsque l'échantillon de poudre remplit naturellement le récipient spécifié. La masse de la poudre. En général, plus la taille de la poudre est grossière, plus la densité apparente est élevée. Plus la poudre est grossière, plus la densité apparente est élevée. En vrac
L'effet de la densité apparente sur la densité du produit final d'impression sur métal n'est pas concluant. Il n'y a pas de preuve concluante de l'effet de la densité apparente sur la densité du produit final d'impression métallique, mais une augmentation de la densité apparente peut améliorer l'écoulement de la poudre.
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
