현재 3D 프린팅 금속 분말 재료의 유형은 다음과 같습니다. 스테인리스 스틸 파우더강철 분말을 주조합니다, 니켈 합금 분말, 티타늄 합금 분말코발트-크롬 합금 분말, 알루미늄 합금 분말 및 청동 합금 분말이 포함되어 있습니다.
금속 분말 준비 방법은 준비 공정에 따라 환원, 전기분해, 분쇄, 분무 등으로 나눌 수 있습니다. 가장 많이 사용되는 두 가지 첨단 분말 준비 공정은 아르곤 분무와 플라즈마 회전 전극 방식입니다.
3D 프린팅용 금속 분말에는 몇 가지 성능 지표가 있습니다.
순도. 세라믹 내포물은 최종 부품의 성능을 크게 저하시킬 수 있으며 이러한 내포물은 일반적으로 녹는점이 높아 소결이 어렵기 때문에 세라믹 내포물이 없는 파우더가 필요합니다. 이 외에도
또한 산소와 질소 함량도 엄격하게 제어해야 합니다. 현재 금속 3D 프린팅을 위한 분말 준비 기술은 주로 분무화(에어로졸화 및 회전 전극 분무화 포함)를 기반으로 하며, 분말의 비표면적이 크고 쉽게 산화됩니다.
항공 우주와 같은 특수 응용 분야에서는 고온 합금 분말 산소 함량 0.006% ~ 0.018%, 티타늄 합금 분말 산소 함량 0.007% ~ 0.013%, 스테인리스강 분말 산소 함량 0.007% ~ 0.013%와 같이 이 지수에 대한 고객의 요구 사항이 더 엄격합니다. 0.013%, 스테인리스강 분말 산소 함량 0.010% ~ 0.025%(모두 질량 분율). 티타늄 합금 분말의 경우 고온에서 질소, 수소 및 티타늄은 TiN 및 TiH2를 형성하여 티타늄 합금의 가소성과 인성을 감소시킵니다. 이는 티타늄 합금의 가소성과 인성을 감소시킵니다. 따라서 분말을 준비하는 동안 대기를 엄격하게 제어해야 합니다.
파우더 입자 크기 분포. 3D 프린팅 기계와 성형 공정마다 다른 파우더 입자 크기 분포가 필요합니다. 금속 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 분말의 입자 크기 범위는 15-53μm(미세 분말), 53-105μm(거친 분말)이며 경우에 따라 105-150μm(거친 분말)까지 완화될 수 있습니다. 15~53μm의 분말 크기는 소모품으로 사용되며, 분말은 층별로 보충되고 전자빔이 에너지원으로 사용됩니다.
전자 빔은 분말 배치형 프린터의 에너지원으로 사용되며 초점 스팟은 약간 거칠고 거친 분말을 녹이는 데 더 적합하며 53~105μm의 거친 분말을 주로 사용하는 데 적합하며 동축 분말 공급형 프린터의 경우 105~150μm의 분말 크기를 소모품으로 사용할 수 있습니다.
분말 형태. 분말 모양과 분말 제조 방법은 밀접한 관련이 있으며, 일반적으로 금속 가스 또는 용융 액체에서 분말로, 분말 입자 모양은 구형인 경향이 있고, 고체 상태에서 분말로, 분말 입자는 대부분 불규칙한 모양이며, 수용액 전기 분해 방법에 의한 분말 제조는 대부분 수상 돌기입니다. 일반적으로 구형도가 높을수록 분말 입자의 유동성이 더 좋습니다. 3D 프린팅 금속 분말은 98% 이상의 구형도가 필요하며, 이는 프린팅 중에 분말을 더 쉽게 퍼뜨리고 공급할 수 있도록 합니다.
에어로졸화 방법과 회전 전극 방법을 제외한 모든 방법으로 제조된 분말은 비구형입니다. 분말의 모양이 비구형입니다. 따라서 에어로졸화 방법과 회전 전극 방법은 고품질 3D 프린팅 금속 분말을 제조하는 주요 방법입니다.
파우더 흐름 및 느슨한 패킹 밀도. 파우더 흐름은 인쇄 중 파우더 확산의 균일성과 파우더 공급 공정의 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 분말 유동성은 분말 형태, 입자 크기 분포 및 벌크 밀도와 관련이 있습니다. 유동성은 분말 형태, 입자 크기 분포 및 벌크 밀도와 관련이 있습니다.
분말 입자가 클수록 입자 크기 분포와 분말의 밀도가 커집니다. 분말 입자가 클수록 입자 모양이 규칙적이고 입자 크기 구성에서 매우 미세한 분말의 비율이 작아집니다. 분말 입자가 클수록 입자 모양이 규칙적이고 입자 크기 구성에서 매우 미세한 분말의 비율이 작아질수록 이동성이 향상됩니다. 입자 밀도는 동일하게 유지되고 상대 밀도가 증가하며 분말 이동성이 증가합니다. 입자 표면에 물, 가스 등이 흡착되면 분말의 유동성이 감소합니다. 느슨한 포장 밀도는 분말 시료가 지정된 용기를 자연적으로 채울 때 분말의 단위 부피입니다. 분말의 질량입니다. 일반적으로 분말 크기가 굵을수록 벌크 밀도가 높아집니다. 분말이 거칠수록 부피 밀도가 높아집니다. 느슨한
겉보기 밀도가 최종 금속 인쇄 제품의 밀도에 미치는 영향은 결정적이지 않습니다. 벌크 밀도가 최종 금속 프린트 제품의 밀도에 미치는 영향에 대한 결정적인 증거는 없지만 벌크 밀도가 증가하면 파우더의 흐름이 개선될 수 있습니다.
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
