Pós de metal para impressão 3D
Os pós metálicos são a matéria-prima mais importante para a impressão 3D de peças metálicas, e as propriedades do pó são um dos fatores mais importantes que afetam a qualidade dos produtos de impressão 3D metálicos. Materiais em pó com diâmetro inferior a 1 mm são geralmente considerados adequados para impressão 3D, mas produtos de metal impressos em 3D de alta qualidade têm requisitos mais altos para a forma, tamanho de partícula e pureza do pó. Os principais tipos de equipamentos de impressão 3D são o espalhamento de pó, alimentação de pó coaxial e alimentação de pó lateral, dependendo do método de reposição de pó. A parte final da impressão 3D de alimentação de pó lateral
A forma e a precisão dimensional da peça final são baixas, a energia do laser não pode ser totalmente utilizada e a taxa de utilização do pó é baixa. Portanto, o equipamento de impressão 3D de metal de alta qualidade é principalmente Os dois principais métodos de reabastecimento de pó são espalhamento de pó ou alimentação de pó coaxial.
Ao contrário da tecnologia tradicional de fabricação de materiais metálicos com seus enormes equipamentos, processos longos, alto consumo de energia, poluição e baixa utilização de materiais, a impressão 3D metálica tem as seguintes vantagens: (1) alta utilização geral de materiais; (2) sem necessidade de abrir moldes, poucos processos de fabricação e tempo de ciclo curto; (3) pode fabricar peças com estruturas complexas; (4) projeto livre de acordo com os requisitos de propriedades mecânicas, sem considerar os processos de fabricação. Nos últimos anos, a impressão 3D de metal se desenvolveu rapidamente, com a GKN Aerospace fornecendo à Airbus e Safran da França os bicos de foguete Ariane 6 (SWAN) de 2,5 m de diâmetro, processando os principais componentes estruturais por meio de soldagem a laser e processos de deposição de energia a laser, reduzindo o número de componentes do bico a partir de
aproximadamente 1.000 a aproximadamente 100 peças, reduzindo custos em 40% e prazos de entrega em 30%. A impressão 3D de metal é usada principalmente para fornecer produção rápida de modelos para design industrial e usinagem de moldes complexos, bem como a produção de pequenos lotes, estruturas complexas, componentes metálicos de alto desempenho e grandes. A impressão 3D de metal usa pó de metal como um material aditivo e usa métodos de formação rápida, como fusão seletiva a laser (SLM), fusão seletiva por feixe de elétrons (EBSM) ou formação de rede a laser (LENS) para transformar rapidamente diretamente de um modelo digital computadorizado em um parte sólida. Peças de metal impressas em 3D de alta qualidade para aplicações aeroespaciais, de defesa, médicas, automotivas e eletrônicas precisam ter alta resistência, precisão dimensional, estanqueidade à água e peso leve. Meios de controle de qualidade para processos de impressão 3D de metal Além do equipamento de impressão, as propriedades do pó de metal, incluindo esfericidade e limpeza do pó, distribuição do tamanho das partículas
esfericidade e limpeza do pó, distribuição de tamanho de partícula, teor de oxigênio, fluidez e densidade de embalagem solta A qualidade do pó metálico, incluindo esfericidade e limpeza do pó, distribuição de tamanho de partícula, teor de oxigênio, fluidez e densidade aparente, também têm um impacto significativo.
Principais indicadores de desempenho de pós metálicos para impressão 3D
(1) Pureza. As inclusões cerâmicas podem reduzir significativamente o desempenho da peça final, e essas inclusões geralmente têm um alto ponto de fusão e são difíceis de sinterizar em forma, portanto, o pó precisa estar livre de inclusões cerâmicas. Além disso, o teor de oxigênio e nitrogênio precisa ser rigorosamente controlado. A tecnologia atual de preparação de pó para impressão 3D de metal baseia-se principalmente na atomização (incluindo técnicas como aerossolização e atomização com eletrodo rotativo), onde o pó possui uma grande área de superfície específica e é facilmente oxidado. Na indústria aeroespacial e outras aplicações especiais, os requisitos do cliente para este indicador são mais rigorosos, como teor de oxigênio em pó de liga de alta temperatura de 0,006% ~ 0,018%, teor de oxigênio em pó de liga de titânio de 0,007% ~ 0,013%, teor de oxigênio em pó de aço inoxidável de 0,010% ~ 0,025% (toda a fração de massa). Para pó de liga de titânio, nitrogênio, hidrogênio e titânio em altas temperaturas formarão TiN e TiH2, reduzindo a plasticidade e tenacidade da liga de titânio. Portanto, o processo de preparação do pó deve ser estritamente controlado para a atmosfera.
(2) Distribuição do tamanho das partículas do pó. Como mencionado acima, diferentes equipamentos de impressão 3D e processos de formação requerem diferentes distribuições de tamanho de partículas de pó. Atualmente, a faixa de tamanho de partícula de pó comumente usada para impressão 3D de metal é 15-53 μm (pó fino), 53-105 μm (pó grosso), que pode ser relaxado para 105-150 μm (pó grosso) em algumas ocasiões [ 11]. Impressão 3D com seleção de tamanho de partícula de pó de metal é baseada principalmente nas diferentes fontes de energia de impressoras de metal, com laser como fonte de energia da impressora, devido ao seu ponto de foco fino, mais fácil de derreter Pó fino, adequado para uso 15 ~ 53 μm pó como consumíveis, método de reabastecimento de pó para camada por camada de pó; para feixe de elétrons como fonte de energia da impressora tipo pó, focando o ponto ligeiramente grosseiro, mais adequado para derreter pó grosso, adequado para uso de pó grosso de 53 ~ 105 μm como principal; para impressora do tipo de alimentação de pó coaxial pode usar o tamanho de partícula de 105 ~ 150 μm de pó como consumíveis.
(3) Morfologia do pó. A morfologia do pó e o método de preparação do pó estão intimamente relacionados, geralmente a partir do gás metálico ou líquido fundido em pó, a forma das partículas de pó tende a esférica; do estado sólido em pó, as partículas de pó são de forma mais irregular; e pelo método de eletrólise em solução aquosa de preparação do pó mais dendrítico. De um modo geral, quanto maior a esfericidade, melhor a fluidez das partículas de pó.
Pós de metal para impressão 3D requerem uma esfericidade de 98% ou mais, o que facilita a distribuição e alimentação do pó durante a impressão. Os métodos de aerossolização e eletrodo rotativo são os principais métodos para a preparação de pós metálicos de impressão 3D de alta qualidade.
- Fluidez do pó e densidade de embalagem solta. A fluidez do pó afeta diretamente a uniformidade do espalhamento do pó e a estabilidade do processo de alimentação do pó no processo de impressão. (4) Fluidez do pó e densidade aparente. A fluidez está relacionada com a morfologia do pó, distribuição do tamanho das partículas e densidade aparente. Quanto maiores as partículas de pó, maior a distribuição do tamanho das partículas e a densidade do pó. Quanto maiores as partículas de pó, mais regular a forma da partícula e menor a proporção de pó muito fino na composição do tamanho da partícula Quanto maiores as partículas de pó, mais regular a forma da partícula e menor a proporção de pó muito fino na partícula composição de tamanho, melhor a mobilidade. Partícula A densidade permanece a mesma, a densidade relativa aumenta e a mobilidade do pó aumenta. Partículas A adsorção de água, gases etc. na superfície reduzirá a fluidez do pó. A densidade de embalagem solta é uma unidade de volume de pó quando a amostra de pó enche naturalmente o recipiente especificado. A massa do pó. Em geral, quanto mais grosso o tamanho do pó, maior a densidade aparente. Quanto mais grosso o pó, maior a densidade aparente. Solto O efeito da densidade aparente na densidade do produto final de impressão em metal não é conclusivo. Não há evidências conclusivas sobre o efeito da densidade aparente na densidade do produto final de impressão em metal, mas um aumento na densidade aparente melhora o fluxo do pó.
A impressão 3D é uma tecnologia emergente de fabricação de materiais que se desenvolveu rapidamente nos últimos anos, pois é adequada para uma ampla gama de materiais e possui uma ampla gama de aplicações e altas taxas de materialização.
Pós metálicos são um importante consumível para impressão 3D de metal, dos quais AA e Métodos PREP têm sido aplicados com sucesso na indústria aeroespacial. Os métodos AA e PREP têm sido aplicados com sucesso na indústria aeroespacial. No entanto, os pós metálicos para impressão 3D devem ser O tamanho do pó deve ser pequeno, com uma distribuição de tamanho de partícula estreita, alta esfericidade, baixo teor de oxigênio O uso de pós metálicos para impressão 3D é claramente um grande desafio. Fica claro que o método PREP é melhor que o método AA tradicional (VIGA) para aplicação de pós metálicos em impressão 3D. O método PREP é claramente mais vantajoso do que o método AA tradicional (método VIGA) para a preparação de componentes metálicos impressos em 3D de alta qualidade e agora é amplamente utilizado em máquinas de impressão 3D alimentadas coaxialmente. O método PREP tem sido amplamente utilizado em máquinas de impressão 3D alimentadas coaxialmente. O método PREP tem sido amplamente utilizado em máquinas de impressão 3D alimentadas coaxialmente devido à sua capacidade de produzir pós esféricos ultrafinos (tamanho de partícula de até 50 μm). (tamanho de partícula de até 50 μm) e a produção relativamente baixa O uso de PREP em equipamentos de impressão 3D de espalhamento de pó é relativamente baixo devido ao seu baixo rendimento e produtividade relativamente baixa. Portanto, há uma necessidade urgente de otimizar o processo e desenvolver uma nova geração de tecnologia e equipamentos de pó atomizado de eletrodo rotativo de plasma para melhorar ainda mais o rendimento de metal esférico ultrafino O desenvolvimento de uma nova geração de tecnologia e equipamento de atomização de eletrodo rotativo de plasma é, portanto, urgentemente necessário para melhorar ainda mais o rendimento de pós metálicos esféricos ultrafinos e alcançar A tecnologia e o equipamento melhorarão ainda mais o rendimento de pós metálicos esféricos ultrafinos e alcançar a produção contínua de pós metálicos esféricos ultrafinos de alta qualidade, como como ligas à base de níquel, à base de cobalto e ligas de titânio em grandes quantidades,
O método PREP pode ser usado para melhorar o desempenho de custos de pós metálicos e adaptá-los a vários impressão.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) What powder specs matter most for aerospace-grade Metal Powder Additive Manufacturing?
- Tight particle-size distribution (LPBF: typically 15–45 μm), high sphericity (>98% where possible), low satellites, low O/N/H (per alloy-specific limits), and consistent flowability and apparent/tap density per ISO/ASTM 52907.
2) How do PREP and gas atomization compare for aerospace parts?
- PREP (plasma rotating electrode) yields ultra-clean, highly spherical powders with low inclusions—ideal for critical LPBF/DED builds but with lower yield and higher cost. Gas atomization (VIGA/EIGA) provides scale and cost efficiency with excellent sphericity; EIGA reduces contamination via crucible-free melting.
3) What storage and handling practices minimize oxygen pickup and variability?
- Use sealed inert containers, maintain RH <10% and O2 <0.1% during handling, inert-glovebox or closed-loop powder stations, track reuse cycles, and test O/N/H, PSD, and Hall/Carney flow each cycle.
4) How many reuse cycles are acceptable in aerospace production?
- With closed-loop inert handling and sieving, 6–10 cycles are common before blending with 20–50% virgin powder. Qualification plans should define limits tied to oxygen increase and PSD shifts.
5) Which AM process should I choose for large aerospace structures vs intricate features?
- LPBF for fine, high-accuracy lattice and thin-wall features; EBM for larger, coarser titanium builds with lower residual stress; DED/LENS for large near-net structures and repairs; Binder Jetting for high-throughput small/medium components followed by sintering and HIP.
2025 Industry Trends in 3D Printing Metal Powders for Aerospace
- Multi-laser LPBF at scale: 8–12 laser platforms with synchronized stitching deliver 20–35% throughput gains while maintaining >99.7% relative density.
- AI in-situ control: Coaxial melt pool sensing with real-time parameter modulation reduces lack-of-fusion and improves fatigue scatter bands.
- Powder circularity: Closed-loop inert reconditioning extends reuse to 8–12 cycles with minimal chemistry drift; digital material passports improve traceability.
- Titanium and Ni-superalloy focus: Expanded PREP/EIGA capacity for Ti-6Al-4V, Ti-6242, Inconel 718/625 to meet flight-rate demand.
- Standardization: Faster qualification using ISO/ASTM 52907 + ASTM process routes; more OEM-shared parameter sets for cross-machine transfer.
2025 Performance and Supply Snapshot
| KPI (Aerospace AM Powders) | 2023 Baseline | 2025 Status | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| LPBF throughput gain | — | +20–35% | Multi-laser sync; higher scan speeds. OEM app notes |
| Relative density (LPBF Ti/Ni) | 99.5–99.8% | 99.6–99.9% | AI-assisted control; HIP optional. Peer-reviewed studies |
| Oxygen content AM-grade (wt%) | 0.03–0.08 | 0.02–0.06 | Closed-loop handling; ISO/ASTM 52907 |
| Typical reuse cycles (pre-blend) | 3–6 | 6–10 | Inert reconditioning; ASTM AM CoE |
| Powder price trend (Ti/Ni, USD/kg) | rising | stable to slight down | Added atomizer capacity. Wohlers 2025 |
| Argon use per kg powder (GA) | — | −25–40% | Argon reclamation systems. Plant reports |
| CT-detected lack-of-fusion in QA | medium | lower | In-situ feedback + parameter libraries. NIST/AM-Bench |
Key references:
- ISO/ASTM 52907:2023 (powder characterization) https://www.iso.org/standard/78974.html
- ASTM AM CoE process qualification resources https://amcoe.astm.org/
- NIST AM-Bench datasets and validation studies https://www.nist.gov/ambench
- Wohlers Report 2025 market insights https://wohlersassociates.com/
Latest Research Cases
Case Study 1: Multi‑Laser LPBF of Ti‑6Al‑4V Brackets with AI In‑Situ Control (2025)
Background: An aerospace supplier scaling Ti‑6Al‑4V LPBF on a 12‑laser system observed stitch-line porosity and variable fatigue life.
Solution: Implemented coaxial melt pool sensing with AI-driven power/speed modulation and adaptive contour remelting; tightened powder QA (PSD 20–40 μm, O ≤ 0.12 wt% for Ti) and controlled reuse with 30% virgin blending.
Results: Porosity dropped from 0.42% to 0.11%; HCF life (R=0.1) median +28%; first‑pass yield +19%; stable properties through 8 reuse cycles confirmed by CT and O/N/H testing per ISO/ASTM 52907.
Case Study 2: EIGA 718 vs GA 718 Powders for Turbine Vane LPBF + HIP (2024)
Background: An engine OEM compared EIGA and GA Inconel 718 powders for vanes requiring excellent crack tolerance.
Solution: Parallel builds with identical scan strategies; HIP and solution aging; inclusion analysis by SEM/EDS; LCF/HCF testing.
Results: Both exceeded 99.8% density post‑HIP; EIGA batches showed ~12% fewer inclusions and slightly improved LCF; GA offered ~10% lower powder cost and better availability. Decision: EIGA for life‑limited hot‑section parts; GA for non‑critical hardware.
Expert Opinions
- Dr. John Slotwinski, Materials Research Engineer, NIST
Viewpoint: “For aerospace LPBF, rigorous powder characterization—oxygen, flow, PSD per ISO/ASTM 52907—has greater impact on part reliability than marginal increases in laser power.” Source: NIST AM workshops https://www.nist.gov/ - Prof. Ian Gibson, Professor of Additive Manufacturing, University of Twente
Viewpoint: “Synchronization of multi‑laser strategies is essential to avoid stitch defects and preserve isotropy and fatigue strength in flight hardware.” Source: AM conference proceedings https://www.utwente.nl/ - Dr. Anushree Chatterjee, Director, ASTM International Additive Manufacturing Center of Excellence
Viewpoint: “2025 round‑robin datasets are compressing powder and process qualification timelines, enabling faster cross‑platform parameter adoption for aerospace alloys.” Source: ASTM AM CoE https://amcoe.astm.org/
Practical Tools/Resources
- ISO/ASTM 52907: Powder characterization for AM (requirements and test methods)
https://www.iso.org/standard/78974.html - ASTM AM CoE: Standards, qualification guides, round‑robin data
https://amcoe.astm.org/ - NIST AM‑Bench: Public datasets for validating LPBF/EBM models
https://www.nist.gov/ambench - Senvol Database: Machines, materials (3D printing metal powders), and specs
https://senvol.com/database - HSE ATEX/DSEAR safety guidance for metal powder handling
https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/atex.htm - Open-source tools: pySLM (scan strategy optimization), AdditiveFOAM (thermal/porosity simulation), Thermo‑Calc (CALPHAD for alloy design), pyAM utilities
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added FAQs tailored to aerospace powder requirements, 2025 trends with KPI table and sources, two recent aerospace-focused case studies, expert opinions, and practical tools/resources.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major OEM multi‑laser parameter releases, or supply/cost shifts for Ti/Ni aerospace powders.
