3B yazıcı metal tozları çeşitli metal 3B baskı süreçlerinde ham madde olarak kullanılan özel metal tozlarıdır. Bu tozlar, katman katman eklemeli imalat teknikleri kullanılarak karmaşık metal parçaların ve bileşenlerin üretilmesini sağlar.
3B Yazıcı Metal Tozlarına Genel Bakış
3B yazıcı metal tozları, geleneksel metal tozlarına kıyasla eklemeli imalata uygun hale getiren belirli özellikler sergiler:
- Daha ince partikül boyut dağılımı
- Küresel morfoloji
- Kontrollü mikroyapı ve kristalografik doku
- Tutarlı kimyasal bileşim
- Optimize edilmiş akışkanlık ve paketleme yoğunluğu
Bu özellikler, tozların hassas bir şekilde biriktirilmesini ve güvenilir mekanik özelliklere sahip doğru parçalara füzyonunu sağlar.
Kullanılan en yaygın metal tozları şunlardır:
- Paslanmaz çelik
- Alüminyum
- Titanyum alaşımları
- Kobalt-krom
- Nikel süper alaşımları
- Bakır alaşımları
Çeşitli metal 3B baskı teknolojileri, toz yatağı füzyonu, yönlendirilmiş enerji biriktirme veya bağlayıcı püskürtme süreçlerini kullanır. Toz türü, belirli baskı süreciyle uyumluluğa göre seçilir.
Tablo 1: Metal 3B Baskı Süreçlerinin Karşılaştırılması
| Süreç | Açıklama | Kullanılan Metaller |
|---|---|---|
| Toz Yatak Füzyonu | Toz ince katmanlar halinde yayılır ve lazer veya elektron ışını ile seçici olarak eritilir | Paslanmaz çelik, alüminyum, titanyum, nikel ve kobalt alaşımları |
| Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme | Odaklanmış termal enerji kaynağı, aynı anda enjekte edilen metal tozunu eritir | Paslanmaz çelik, titanyum, alüminyum, kobalt-krom alaşımları |
| Bağlayıcı Püskürtme | Sıvı bağlayıcı, toz parçacıklarını seçici olarak birleştirir | Paslanmaz çelik, takım çeliği, bronz, tungsten karbür |
Metal Tozu Bileşimleri
İşte ticari 3B baskıda kullanılan bazı yaygın metal alaşımları ve bunların bileşimleri:
Tablo 2: Yaygın Metal Tozu Bileşimleri
| Alaşım | Ana Elementler | Örnek Notlar |
|---|---|---|
| Paslanmaz Çelik | Fe, Cr, Ni, Mo | 316L, 17-4PH, 15-5PH, 420 |
| Alüminyum | Al, Si, Mg, Cu | AlSi10Mg, AlSi7Mg0.6, AlSi12 |
| Titanyum | Ti, Al, V | Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI |
| Kobalt Krom | Co, Cr, W, Ni, Fe, Si, Mn, C | CoCr, CoCrMo |
| Nikel Süper Alaşımı | Ni, Cr, Co, Mo, W, Al, Ti, Ta | Inconel 625, Inconel 718 |
| Bakır Alaşımı | Cu, Zn | CuSn10, CuCr1Zr |
Belirli mikroyapılar ve özel mekanik özellikler elde etmek için ana alaşım elementlerinin oranları değiştirilebilir. Gelişmiş performans için eser miktarda katkı maddeleri de dahil edilebilir.
Tablo 3: Yaygın Alaşımların Elementel Bileşim Aralıkları
| Alaşım | Ana Bileşenler (% ağırlıkça) | Minör Bileşenler (% ağırlıkça) |
|---|---|---|
| 316L paslanmaz çelik | Cr 16-18, Ni 10-14, Mo 2-3 | C, Si, P, S < 0.1 |
| AlSi10Mg alüminyum | Al bal., Si 9-11, Mg 0.2–0.45 | Fe < 0.55, Mn < 0.45, Ti < 0.15 |
| Ti6Al4V titanyum | Al 5.5-6.75, V 3.5-4.5 | Fe < 0.3, O < 0.2 |
| CoCrMo kobalt krom | Co bal., Cr 26-30, Mo 5-7 | Si < 1, Mn < 1, C < 0.35, Fe < 0.75 |
| Inconel 718 nikel alaşımı | Ni 50-55, Cr 17-21, Nb+Ta 4.75-5.5 | Mo 2.8-3.3, Ti 0.65-1.15 |
Metal Tozu Özellikleri
Metal tozlarının özellikleri, baskı kalitesini, parça işlevselliğini ve üretim ekonomisini belirler:
Tablo 4: Eklemeli İmalat İçin Metal Tozlarının Temel Özellikleri
| Mülkiyet | Tipik Aralık | Rol |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu | 10-75 μm | Katman kalınlığını, detay çözünürlüğünü, yoğunluğu etkiler |
| Morfoloji | Ağırlıklı olarak küresel | Paketlemeyi, yayılabilirliği, akışı etkiler |
| Görünür yoğunluk | Katıların 'ine kadar | Parça oluşturmak için gereken miktarı belirler |
| Musluk yoğunluğu | Katıların 'ına kadar | İşleme sırasında paketleme verimliliğini gösterir |
| Akış hızı | 50 g'da 50 s'ye kadar | Baskı sırasında düzgün toz yayılmasını sağlayın |
| Kimyasal saflık | Hedef metalin ,9'una kadar | Reaksiyon ürünlerinden veya kapanımlardan kaçınır |
Spesifikasyonlar, ihtiyaç duyulan kesin parça kalitesine ve mekanik özelliklere bağlıdır.
Lazer bazlı süreçlerdeki çoğu metal için, optimize edilmiş parça yoğunluğu (>) ve yüzey kalitesi (Ra 5-15 μm) için ideal toz boyutu ~20-45 μm'dir.
Küresel tozlar eşit şekilde akar ve yayılır. Düzensiz şekiller paketlemeyi olumsuz etkiler ve kusurlara neden olur. Bağlayıcı püskürtme için tozlar, erime olmadığı için 10-100 μm olabilir.
Daha yüksek görünür ve musluk yoğunlukları, baskı sırasında pahalı metal tozlarının daha iyi kullanılmasını sağlar. Daha düşük yoğunluklar aşırı israfa neden olur.
Güvenilir akış, düzgün katmanlar sağlar. Zayıf akış, düzensiz erimeye ve bozuk yapılara neden olur. Nem emilimi akışkanlığı ciddi şekilde azaltır.
Küçük safsızlıklar bile alaşım özelliklerini bozabilir veya baskı nozüllerini tıkayabilir. Yüksek saflıkta ham maddelerin kullanılması kritik öneme sahiptir.
Tablo 5: Yaygın Metal Tozları İçin Tedarikçi Özellikleri
| Malzeme | Boyut Aralığı | Oksijen İçeriği | Yığın Yoğunluğu | Akış Hızı |
|---|---|---|---|---|
| 316L paslanmaz | 15-45 μm | < %0,1 ağırlıkça | 4,2 g/cc'ye kadar | < 40 s |
| AlSi10Mg | 25-55 μm | < %0,45 ağırlıkça | 2,7 g/cc'ye kadar | < 32 s |
| Ti6Al4V | 10-75 μm | < %0,13 ağırlıkça | 2,7 g/cc'ye kadar | < 50 s |
| CoCr | 20-63 μm | < %0,1 ağırlıkça | 4,4 g/cc'ye kadar | < 60 s |
| Inconel 718 | 10-45 μm | < %0,04 ağırlıkça | 4,5 g/cc'ye kadar | < 45 s |
Önerilen aralıkta çalışmak, yüksek ürün kalitesini sağlar. Aşırı varyasyon, kusur riski taşır.
Metal Tozu Uygulamaları
İşte, kullanılan tipik alaşımlarla birlikte, 3B baskılı metal parçalardan yararlanan bazı son kullanım uygulamaları örnekleri:
Tablo 6: Metal AM Parçaları İçin Son Kullanım Uygulamaları ve Alaşımlar
| Endüstri | Uygulama | Kullanılan Metaller | Avantajlar |
|---|---|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Türbin kanatları, çerçeveler, antenler | Ti alaşımları, Ni süper alaşımları, Al alaşımları | Ağırlık tasarrufu, karmaşık soğutma kanalları |
| Otomotiv | Fren kolları, pistonlar, manifoldlar | Al alaşımları, paslanmaz çelik | Performans artışları, birleştirilmiş montajlar |
| Tıbbi | Ortopedik implantlar, cerrahi aletler | Ti, CoCr, paslanmaz çelik | Hastaya özel şekiller, biyo-uyumluluk |
| Petrol ve gaz | Vana gövdeleri, pompa çarkları | Paslanmaz çelik, Inconel | Aşırı ortamlara dayanır |
| Tüketici | Takı, dekoratif sanat | Altın alaşımları, gümüş | Karmaşık geometriler, özel tasarımlar |
Metal ekleme, küçük parti üretim senaryolarında geleneksel imalat süreçlerine kıyasla her bir işlev için daha hafif, daha güçlü ürünler ve daha düşük maliyetler sağlar.
Tablo 7: Metal 3B Baskı ve Geleneksel Yöntemlerin Özetleri
| Metrik | Metal AM | Çıkarıcı İşleme | Döküm |
|---|---|---|---|
| Parça karmaşıklığı | Kısıtlama yok | Alet erişimi ile sınırlıdır | Kalıplarla sınırlıdır |
| Özelleştirme | Tasarımları kolayca değiştirin | Yeni programlar gerekli | Yeniden tasarım desenleri |
| İşletme maliyetleri | 10.000 parçaya kadar düşük | Yüksek kurulum maliyetleri | Yüksek takım maliyetleri |
| Mekanik özellikler | Benzer veya aşan | Yönteme bağlıdır | Değişir, ısıl işlem |
SSS:
S: Önceden alaşımlı ve harmanlanmış elementel metal tozları arasındaki fark nedir?
C: Önceden alaşımlı tozlar, kimyasal homojenliği sağlayan, üretici tarafından önceden yapılmış hedef alaşım bileşimine sahiptir. Harmanlanmış elementel tozlar, baskıdan önce hedef oranlarda bir araya getirilen saf metal tozlarından oluşur ve erime sırasında birleşir.
S: Bu toz özellikleri nasıl ölçülür ve analiz edilir?
C: Partikül boyut dağılımı lazer kırınım analizi ile ölçülür. Morfoloji ve mikroyapı, taramalı elektron ve optik mikroskopi altında incelenir. Yoğunluklar, ASTM standartlarına göre Hall akışölçer ve musluk yoğunluk test cihazları kullanılarak ölçülür. Kimyasal analiz, atomik absorpsiyon veya emisyon spektroskopisi ve oksijen ve azot içeriği için inert gaz füzyonu kullanılarak yapılır.
