3D baskı metal tozları
Metal tozları, metal parçaların 3D baskısı için en önemli hammaddedir ve toz özellikleri, metal 3D baskı ürünlerinin kalitesini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Çapı 1 mm'den az olan toz malzemeler genellikle 3D baskı için uygun kabul edilir, ancak yüksek kaliteli 3D baskılı metal ürünler, tozun şekli, partikül boyutu ve saflığı için daha yüksek gereksinimlere sahiptir. Ana 3D baskı ekipmanı türleri, toz ikmal yöntemine bağlı olarak toz yayma, koaksiyel toz besleme ve yanal toz beslemedir. Yanal toz besleme 3D baskı son parçası
Nihai parçanın şekli ve boyutsal doğruluğu düşüktür, lazer enerjisi tam olarak kullanılamaz ve toz kullanım oranı düşüktür. Bu nedenle, yüksek kaliteli metal 3D baskı ekipmanı esas olarak Toz ikmalinin iki ana yöntemi toz yayma veya koaksiyel toz beslemedir.
Büyük ekipman, uzun süreç, yüksek enerji tüketimi, kirlilik ve düşük malzeme kullanımı ile geleneksel metal malzeme üretim teknolojisinin aksine, metal 3D baskı aşağıdaki avantajlara sahiptir: (1) yüksek genel malzeme kullanımı; (2) kalıp açmaya gerek yok, az sayıda üretim süreci ve kısa döngü süresi; (3) karmaşık yapılara sahip parçalar üretebilir; (4) üretim süreçlerini dikkate almadan mekanik özellik gereksinimlerine göre serbest tasarım. Son yıllarda, GKN Aerospace'in Fransız Airbus ve Safran'a 2,5 m çapında Ariane 6 roket nozulları (SWAN) tedarik etmesi, temel yapısal bileşenleri lazer kaynak ve lazer enerji biriktirme süreçleriyle işlemesi ve nozul bileşenlerinin sayısını azaltmasıyla metal 3D baskı hızla gelişti
yaklaşık 1.000 parçadan yaklaşık 100 parçaya düşürerek maliyetleri ve teslimat sürelerini oranında azaltmaktadır. Metal 3D baskı esas olarak endüstriyel tasarım ve karmaşık kalıpların işlenmesi için modellerin hızlı üretiminin yanı sıra küçük partilerin, karmaşık yapıların, yüksek performanslı ve büyük metal bileşenlerin üretimini sağlamak için kullanılır. Metal 3D baskı, katkı malzemesi olarak metal tozu kullanır ve doğrudan bilgisayarlı bir dijital modelden katı bir parçaya hızlı bir şekilde dönüştürmek için seçici lazer eritme (SLM), elektron ışını seçici eritme (EBSM) veya lazer yakın ağ oluşturma (LENS) gibi hızlı şekillendirme yöntemlerini kullanır. Havacılık, savunma, tıp, otomotiv ve elektronik uygulamaları için yüksek kaliteli 3D baskılı metal parçaların yüksek mukavemete, boyutsal doğruluğa, su geçirmezliğe ve hafifliğe sahip olması gerekir. Metal 3D baskı süreçleri için kalite kontrol araçları Baskı ekipmanına ek olarak, toz küreselliği ve temizliği, partikül boyutu dağılımı dahil olmak üzere metal tozunun özellikleri
tozun küreselliği ve temizliği, parçacık boyutu dağılımı, oksijen içeriği, akışkanlık ve gevşek paketleme yoğunluğu Tozun küreselliği ve temizliği, parçacık boyutu dağılımı, oksijen içeriği, akışkanlık ve yığın yoğunluğu dahil olmak üzere metal tozunun kalitesi de önemli bir etkiye sahiptir.
3D Baskı Metal Tozlarının Temel Performans Göstergeleri
(1) Saflık. Seramik kalıntılar nihai parçanın performansını önemli ölçüde azaltabilir ve bu kalıntılar genellikle yüksek bir erime noktasına sahiptir ve sinterlenerek şekillendirilmesi zordur, bu nedenle tozun seramik kalıntılardan arındırılmış olması gerekir. Ayrıca, oksijen ve nitrojen içeriğinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Metal 3D baskı için mevcut toz hazırlama teknolojisi, tozun geniş bir spesifik yüzey alanına sahip olduğu ve kolayca oksitlendiği atomizasyona (aerosolisasyon ve döner elektrot atomizasyonu gibi teknikler dahil) dayanmaktadır. Havacılık ve diğer özel uygulamalarda, bu gösterge için müşteri gereksinimleri daha katıdır, örneğin yüksek sıcaklık alaşımlı toz oksijen içeriği %0,006 ~ %0,018, titanyum alaşımlı toz oksijen içeriği %0,007 ~ %0,013, paslanmaz çelik toz oksijen içeriği %0,010 ~ %0,025 (tüm kütle fraksiyonu). Titanyum alaşım tozu için, yüksek sıcaklıklarda azot, hidrojen ve titanyum TiN ve TiH2 oluşturarak titanyum alaşımının plastisitesini ve tokluğunu azaltacaktır. Bu nedenle, toz hazırlama işlemi atmosfer için sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.
(2) Toz partikül boyutu dağılımı. Yukarıda belirtildiği gibi, farklı 3D baskı ekipmanı ve şekillendirme işlemleri farklı toz partikül boyutu dağılımları gerektirir. Şu anda, metal 3D baskı için yaygın olarak kullanılan toz partikül boyutu aralığı 15-53 μm (ince toz), 53-105 μm (kaba toz) olup, bazı durumlarda 105-150 μm'ye (kaba toz) kadar gevşetilebilir [11]. metal tozu partikül boyutu seçimi ile 3D baskı esas olarak metal yazıcıların farklı enerji kaynaklarına dayanmaktadır, yazıcının enerji kaynağı olarak lazer ile, ince odak noktası nedeniyle, ince tozu eritmek daha kolaydır, sarf malzemesi olarak 15 ~ 53 μm toz kullanımına uygundur, katman katman toz serme için toz yenileme yöntemi; toz tipi yazıcının enerji kaynağı olarak elektron ışınına, odak noktası biraz kaba, kaba tozu eritmek için daha uygun, ana olarak 53 ~ 105 μm kaba toz kullanımına uygun; koaksiyel toz besleme tipi yazıcı için sarf malzemesi olarak 105 ~ 150 μm toz partikül boyutunu kullanabilir.
(3) Toz morfolojisi. Toz morfolojisi ve toz hazırlama yöntemi yakından ilişkilidir, genellikle metal gazdan veya erimiş sıvıdan toza, toz parçacık şekli küresel olma eğilimindedir; katı halden toza, toz parçacıkları daha düzensiz şekildedir; ve sulu çözelti elektroliz yöntemi ile tozun en dendritik hazırlanması. Genel olarak, küresellik ne kadar yüksek olursa, toz partiküllerinin akışkanlığı o kadar iyi olur.
3D baskı metal tozları 98 veya daha fazla küresellik gerektirir, bu da baskı sırasında tozun yayılmasını ve beslenmesini kolaylaştırır. Aerosolizasyon ve döner elektrot yöntemleri, yüksek kaliteli 3D baskı metal tozlarının hazırlanması için ana yöntemlerdir.
- Toz akışkanlığı ve gevşek paketleme yoğunluğu. Toz akışkanlığı, toz yayılımının homojenliğini ve baskı işleminde toz besleme işleminin stabilitesini doğrudan etkiler. (4) Toz akışkanlığı ve yığın yoğunluğu. Akışkanlık, toz morfolojisi, partikül boyutu dağılımı ve yığın yoğunluğu ile ilgilidir. Toz partikülleri ne kadar büyükse, partikül boyutu dağılımı ve tozun yoğunluğu da o kadar büyük olur. Toz partikülleri ne kadar büyük olursa, partikül şekli o kadar düzenli olur ve partikül boyutu bileşimindeki çok ince toz oranı o kadar küçük olur Toz partikülleri ne kadar büyük olursa, partikül şekli o kadar düzenli olur ve partikül boyutu bileşimindeki çok ince toz oranı o kadar küçük olur, hareketlilik o kadar iyi olur. Partikül Yoğunluk aynı kalır, bağıl yoğunluk artar ve toz hareketliliği artar. Parçacıklar Yüzeydeki su, gaz vb. adsorpsiyonu tozun akışkanlığını azaltacaktır. Gevşek paketleme yoğunluğu, toz numunesi belirtilen kabı doğal olarak doldurduğunda birim toz hacmidir. Tozun kütlesi. Genel olarak, toz boyutu ne kadar kaba olursa, yığın yoğunluğu o kadar yüksek olur. Toz ne kadar iri olursa, yığın yoğunluğu da o kadar yüksek olur. Gevşek Yığın yoğunluğunun nihai metal baskı ürününün yoğunluğu üzerindeki etkisi kesin değildir. Yığın yoğunluğunun nihai metal baskı ürününün yoğunluğu üzerindeki etkisine dair kesin bir kanıt yoktur, ancak yığın yoğunluğundaki artış tozun akışını iyileştirir.
3D baskı, çok çeşitli malzemeler için uygun olması, geniş bir uygulama yelpazesine ve yüksek materyalizasyon oranlarına sahip olması nedeniyle son yıllarda hızla gelişen bir malzeme üretim teknolojisidir.
Metal tozları, metal 3D baskı için önemli bir sarf malzemesidir; bunlardan AA ve HAZIRLIK yöntemleri havacılık ve uzay endüstrisinde başarıyla uygulanmıştır. AA ve PREP yöntemleri havacılık ve uzay endüstrisinde başarıyla uygulanmıştır. Bununla birlikte, 3D baskı için metal tozlarının olması gerekir Toz boyutu küçük olmalı, dar parçacık boyutu dağılımı, yüksek küresellik, düşük oksijen içeriği 3D baskı için metal tozlarının kullanımı açıkça büyük bir zorluktur. PREP yönteminin, 3D baskıda metal tozlarının uygulanması için geleneksel AA yönteminden (VIGA) daha iyi olduğu açıktır. PREP yöntemi, yüksek kaliteli 3D baskılı metal bileşenlerin hazırlanması için geleneksel AA yönteminden (VIGA yöntemi) açıkça daha avantajlıdır ve şu anda koaksiyel olarak beslenen 3D baskı makinelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. PREP yöntemi, koaksiyel olarak beslenen 3D baskı makinelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. PREP yöntemi, ultra ince küresel tozlar (50 μm'ye kadar partikül boyutu) üretme kabiliyeti nedeniyle koaksiyel olarak beslenen 3D baskı makinelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. (50 μm'ye kadar partikül boyutu) ve nispeten düşük üretim PREP'in toz yayma 3D baskı ekipmanında kullanımı, düşük verimi ve nispeten düşük üretkenliği nedeniyle nispeten düşüktür. Bu nedenle, ultra ince küresel metal verimini daha da artırmak için süreci optimize etmeye ve yeni nesil plazma döner elektrot atomize toz teknolojisi ve ekipmanı geliştirmeye acil ihtiyaç vardır. Bu nedenle, ultra ince küresel metal tozlarının verimini daha da artırmak ve nikel bazlı gibi yüksek kaliteli ultra ince küresel metal tozlarının sürekli üretimini sağlamak için yeni nesil plazma döner elektrot atomizasyon teknolojisi ve ekipmanının geliştirilmesine acilen ihtiyaç vardır, kobalt bazlı alaşımlar ve titanyum alaşımları büyük miktarlarda
PREP yöntemi, metal tozlarının maliyet performansını iyileştirmek ve bunları çeşitli uyarlamak için kullanılabilir Bu, PREP yönteminin maliyet etkinliğini artıracak ve çeşitli 3D baskı ekipmanlarına uyarlanmasını sağlayarak 3D baskıda daha yaygın bir şekilde kullanılmasını sağlayacaktır.
