3D 프린팅 기술의 지속적인 발전으로 3D 프린팅 분말 금속 소재의 시장 점유율도 계속 높아지고 있습니다.
이 기사에서는 주로 에어로졸화 기술의 최신 진행 상황과 3D 프린팅용 금속 분말 준비 과정을 소개하고 3D 프린팅 금속 분말 준비 기술의 현황을 분석합니다.
3D 프린팅 기술은 새로운 유형의 인쇄 기술로, 기계 가공이나 금형 없이 컴퓨터 그래픽 데이터에서 원하는 형태의 부품을 직접 생성할 수 있어 제품 개발 주기를 크게 단축하고 생산성을 향상시키며 생산 비용을 절감할 수 있다는 것이 큰 장점입니다.
금속 부품의 3D 프린팅을위한 가장 중요한 원료 인 3D 프린팅 금속 분말, 그 준비 방법은 금속 부품 3D 프린팅 산업 체인에서 가장 중요한 부분 인 3D 프린팅 금속 분말뿐만 아니라 가장 큰 가치로 많은 관심을 끌었습니다.
3D 프린팅 업계의 세계 최고의 전문가들은 3D 프린팅 금속 분말에 대한 명확한 정의를 내리고 있으며, 이는 1mm 미만의 금속 입자 그룹을 의미합니다. 여기에는 단일 금속 분말, 합금 분말 및 금속 특성을 가진 특정 내화성 화합물 분말이 포함됩니다.
현재 3D 프린팅 금속 분말 재료에는 코발트-크롬 합금, 스테인리스 스틸, 산업용 강철, 청동 합금, 티타늄 합금 및 니켈-알루미늄 합금이 포함됩니다. 그러나 3D 프린팅 금속 분말은 우수한 가소성 외에도 미세 입자 크기, 좁은 입자 크기 분포, 높은 구형성, 우수한 유동성 및 높은 벌크 밀도 요건을 충족해야 합니다.
금속 분말의 제조 과정
현재, 제조 공정에 따른 분말 제조 방법은 환원법, 전기 분해법, 카르 보닐 분해법, 분쇄법, 분무법 등으로 나눌 수 있습니다.
그 중에서도 환원, 전기 분해 및 분무 방식으로 생산된 분말을 분말 야금 산업의 원료로 사용하는 것이 더 일반적입니다. 그러나 전해 및 환원 방법은 단일 금속 분말 생산에 국한되며 합금 분말의 경우 이러한 방법을 적용할 수 없습니다.
분무 방법은 합금 분말 생산에 사용할 수 있으며 현대 분무 공정은 분말의 모양을 제어 할 수 있으며 진화하는 분무 챔버 구조는 분무 효율을 크게 향상시켜 분무 방법을 점차 주요 분말 생산 방법으로 발전 시켰습니다.
분무 방식은 3D 프린팅 소모품 금속 분말의 특수 요구 사항을 충족합니다. 분무 방식은 용융 금속을 약 150μm 미만의 입자로 분쇄하는 기계적 방법을 말합니다.
에어로졸화는 금속 및 합금 분말을 생산하는 주요 방법 중 하나입니다. 에어로졸화의 기본 원리는 액체 금속 흐름을 작은 물방울로 분해하여 고속 기류에 의해 분말로 응고시키는 과정입니다. 고순도, 낮은 산소 함량, 제어 가능한 분말 크기, 낮은 생산 비용 및 높은 구형도 등의 장점으로 인해 고성능 및 특수 합금 분말 제조 기술의 주요 개발 방향이되었습니다. 그러나 가스 분무 방식에는 단점도 있습니다.
고압 공기 흐름의 에너지는 고압 물 흐름의 에너지보다 훨씬 작기 때문에 금속 용융물에 대한 가스 분무의 제동 효율이 물 분무보다 낮아 가스 분무 분말의 분무 효율이 낮아져 분무 분말의 준비 비용이 증가합니다.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) What is PREP in 3D Printing Metal Powder Making Technology?
- PREP stands for Plasma Rotating Electrode Process. A consumable alloy rod is spun at high speed; its tip is melted by a plasma arc and centrifugal force atomizes the melt into highly spherical, low‑oxygen powder, ideal for LPBF/EBM and DED.
2) How does PREP differ from gas atomization (GA) and water atomization (WA)?
- PREP: top-tier sphericity, cleanliness, narrow satellites, low O/N pickup; lower yield and higher cost. GA (VIGA/EIGA): scalable, excellent sphericity for most alloys; moderate oxygen depending on melt route. WA: highest yield/lowest cost but irregular morphology and higher O—often needs post‑spheroidization for AM.
3) Which alloys benefit most from PREP-made powders?
- Reactive and high-value systems where cleanliness matters: titanium alloys (Ti‑6Al‑4V, Ti‑6242), Ni‑based superalloys (IN718/625), Co‑Cr‑Mo for medical, and specialty refractory alloys where inclusion control is critical.
4) What particle-size distributions are typical from PREP?
- Common LPBF cuts are 15–45 μm or 20–53 μm; EBM often uses 45–105 μm; DED favors 75–150 μm. PREP can be tuned via rotation speed and melt rate to target these PSD bands.
5) What quality tests should verify PREP powder for AM?
- PSD (laser diffraction), morphology/satellites (SEM), flow (Hall/Carney), apparent/tap density (ASTM B212/B703), chemistry O/N/H (ASTM E1019), and inclusion/phase checks. Build coupons validated to ISO/ASTM 52907 practices.
2025 Industry Trends in PREP and Atomization for AM Powders
- Clean-melt expansion: More EIGA/VPA melt feeds combined with PREP reduce oxygen baselines by 10–20% vs 2023.
- Yield optimization: New electrode clamping and arc stabilization increase PREP fine-fraction yield by 3–6 percentage points.
- Hybrid routes: WA steel powders upgraded via RF plasma spheroidization approach GA flow at lower cost for Binder Jetting.
- Digital QA: Inline optical/AI satellite detection and digital material passports standardize lot traceability across sites.
- Sustainability: Argon recovery on PREP/GA lines cuts inert gas consumption by 25–40%; powder circularity extends reuse cycles to 8–12.
2025 KPI Snapshot: PREP vs GA vs WA (AM-relevant ranges)
| Metric (AM-grade) | 준비 | Gas Atomization (VIGA/EIGA) | 물 분무 |
|---|---|---|---|
| Sphericity (aspect ratio) | 0.95–0.98 | 0.94–0.97 | 0.85–0.92 |
| Oxygen content, Ti-6Al-4V (wt%) | 0.05–0.10 | 0.06–0.12 (EIGA lower end) | 0.10–0.20+ |
| Hall flow (s/50 g, steels/Ni) | 15–18 | 15–20 | 20–35 (pre‑spheroidization) |
| Typical LPBF PSD (μm) | 15–45 | 15–45 | 15–45 (after spheroidization) |
| Fine-fraction yield (<53 μm) | Low–Moderate | Moderate–High | 높음 |
| Relative powder cost | 높음 | Medium | 낮음 |
| Notes/Sources | ISO/ASTM 52907, OEM datasheets | Wohlers 2025, plant reports | Post‑processing often required |
Key references:
- ISO/ASTM 52907:2023 powder characterization https://www.iso.org/standard/78974.html
- ASTM B212/B213/B703; ASTM E1019 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: PREP Ti‑6Al‑4V with EIGA Feedstock Lowers Oxygen and Boosts Fatigue (2025)
Background: An aerospace supplier observed fatigue scatter using GA Ti powder on multi‑laser LPBF platforms.
Solution: Switched to EIGA billets as PREP electrodes; optimized rotation speed and arc stability; implemented closed‑loop inert powder handling and AI melt-pool control; HIP + stress relief per AMS guidance.
Results: Oxygen stabilized at 0.06–0.08 wt%; porosity fell from 0.35% to 0.12%; HCF median life (R=0.1) +24%; first‑pass yield +17% across 8 reuse cycles.
Case Study 2: RF Spheroidization Upgrade Path for WA 17‑4PH vs PREP Baseline (2024)
Background: An automotive Tier‑1 weighed PREP quality vs cost for Binder Jetting brackets.
Solution: Benchmarked PREP 17‑4PH against WA powder upgraded via RF plasma spheroidization; tuned PSD (D10–D90: 10–45 μm) and sintering curves with dilatometry.
Results: PREP achieved best flow (Hall 15.8 s/50 g) and lowest satellites; RF‑upgraded WA reached 17.5 s/50 g with Hausner 1.27, meeting dimensional Cpk at 12–18% lower powder cost. Decision: PREP for safety‑critical; RF‑upgraded WA for cost‑sensitive parts.
Expert Opinions
- Dr. John Slotwinski, Materials Research Engineer, NIST
Viewpoint: “Powder route matters, but consistent characterization—PSD, flow, and O/N/H per ISO/ASTM 52907—is what translates PREP’s cleanliness into reliable AM parts.” Source: NIST AM workshops https://www.nist.gov/ - Prof. Ian Gibson, Professor of Additive Manufacturing, University of Twente
Viewpoint: “PREP remains the gold standard for reactive alloys; integration with clean-melt feeds like EIGA closes the loop on inclusions and oxygen control for flight hardware.” Source: AM conference proceedings https://www.utwente.nl/ - Dr. Anushree Chatterjee, Director, ASTM International AM Center of Excellence
Viewpoint: “In 2025, digital material passports and round‑robin datasets are shortening qualification cycles for PREP powders across platforms.” Source: ASTM AM CoE https://amcoe.astm.org/
Practical Tools/Resources
- ISO/ASTM 52907: Powder characterization for AM
https://www.iso.org/standard/78974.html - ASTM standards for powder and chemistry testing: B212/B213/B703, E1019
https://www.astm.org/ - NIST AM‑Bench: Benchmark datasets and validation problems
https://www.nist.gov/ambench - Senvol Database: Compare machines/materials, including PREP powder options
https://senvol.com/database - HSE ATEX/DSEAR: Safe handling of reactive metal powders
https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/atex.htm - Open-source tools: Thermo‑Calc (CALPHAD for alloy design), pySLM (scan strategies), AdditiveFOAM (thermal/porosity modeling), ImageJ (particle morphology)
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added 5 FAQs on PREP and atomization, 2025 KPI comparison table with sources, two recent case studies, expert viewpoints, and curated tools/resources aligned with ISO/ASTM standards.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major PREP/EIGA capacity changes, or new OEM AM parameter sets affecting powder qualification.
