금속 3D 프린팅 파우더를 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다:
1. 기계적 분쇄
고체 금속 기계적 분쇄 방법은 독립적인 분말 제조 방법이며 일부 분말 제조 방법의 보완 공정으로 사용할 수 있습니다. 분쇄, 분쇄 및 분쇄의 역할에 의존하여 금속, 합금 또는 화합물의 대부분을 분말로 분쇄합니다. 최종 분쇄 정도는 거친 분쇄와 미세 분쇄의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
분말의 크기를 더 줄이거나 늘리기 위해 분말의 합금은 기계적 분쇄를 선택할 수 있습니다.
적용 가능한 재료: Fe, Al, 순수 Ti 분말 및 Fe 기반 합금
2. 분무 방법
분무는 액체 금속과 합금을 미세한 물방울로 직접 분해하여 빠르게 응고시켜 분말을 형성하는 공정입니다. 고속의 공기 또는 물 흐름은 부서진 금속 액체 흐름의 원동력이자 냉각수 역할을 합니다. 액체를 형성할 수 있는 모든 물질은 본질적으로 분무화할 수 있습니다.
저융점 금속 분말의 경우 과립화 공정은 녹은 금속을 작은 구멍이나 스크린을 통해 자동으로 공기나 물로 보내 응축시켜 금속 분말을 얻는 방법으로, 분말 입자 크기를 거칠게 만드는 방법입니다.
미세 분말을 제조하는 또 다른 방법 : 물 분무 또는 가스 분무 방법; 원심 분무 방법; 초음속 펄스 불활성 가스 분무 방법. 티타늄 합금 분말을 예로 들면, 티타늄 합금 분말은 불활성 기류를 통해 중력의 작용을 받는 고순도 아르곤 가스 기류에 의해 녹아 미세한 물방울로 분무되고, 그 냉각으로 미세 입자가 분말로 응고되는 과정을 거칩니다.
현재 진공 분무 방법과 불활성 가스 분무 방법(특히 활성 금속 분말의 제조에 적합)의 응용 분야가 더 많이 있습니다.
적용 가능한 재료: Fe, Cu, 내화성 금속, 스테인리스 스틸, Ti 합금 등
3.감소 방법
환원은 금속 산화물과 염을 환원제로 환원시켜 금속 분말을 생산하는 방법으로, 환원제는 고체, 기체 또는 액체 형태가 될 수 있습니다. 탄소 환원법, 가스 환원법, 수소 환원법, 금속 열 환원법 등이 있습니다.
적합한 재료: 희귀 금속 및 내화성 금속 분말의 대표 물질인 Fe, W, Ta, Zr
4.화학 기상 증착(CVD)
증기상 환원제와 함께 금속 증기 응축을 이용한 화학 기상 증착. 이러한 물질은 녹는점이 낮고 휘발성이 높은 것이 특징입니다.
5. 전해 방식
특정 조건에서 전해 전지의 음극에서 분말을 증착하는 방법입니다. 전기분해 방식은 사용 빈도 면에서 환원 방식에 이어 두 번째입니다. 제조 비용이 높지만 제조 순도도 높고 금속 분말에 대한 정제 효과도 비슷합니다.
원리: 원리: 화학적 전기분해
적용 가능한 재료: Fe, Cu, Ni, Ti 및 기타 금속 분말 및 금속 간 화합물.
6.Rotating Electrode Com-minuting Process
현재 생산 규모가 가장 크고 가장 대표적인 고온 합금 분말 제조 방법인 플라즈마 회전 전극 분말 제조법(즉, PREP 방법)은 모양(둥근 구형)이 좋고 다공성 분말이 적으며 산소 함량이 낮은 분말을 제조하는 방법입니다. 이 방법은 비용이 많이 들며 일반적으로 항공우주 및 생의학 분야에 적합합니다.
원리: 플라즈마 건은 밀폐된 분무 챔버에서 플라즈마 흐름을 생성하여 고속 회전 합금 막대 재료 모터의 끝을 녹이는 데 사용되며, 액체 금속은 플라이 샷의 초기 단계에서 원심력의 작용으로 매우 작은 방울로 분무되고 불활성 가스에서 냉각됩니다.
적용 가능한 재료: Ni-계 및 기타 내화성 금속, Ti 및 기타 활성 금속.
7.S페로이드화 방법
스페로이드화 방법은 주로 RF 플라즈마 스페로이드화, 레이저 플라즈마 스페로이드화 및 기타 스페로이드화의 열원
원리: 플라즈마 구상화를 예로 들면, 불활성 가스와 혼합된 불규칙한 모양의 티타늄 분말 입자를 플라즈마 토치에 첨가하여 플라즈마 토치에 의해 빠르게 가열 및 용융되고 용융 입자는 표면 장력의 작용으로 높은 구형도를 가진 물방울을 형성하고 매우 짧은 시간에 급속 냉각하여 구형 분말을 얻습니다.
적용 가능한 재료: 주로 불규칙한 금속 분말의 2차 가공에 사용됩니다.
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
| Metric | 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.
