3D baskı metal tozları katmanlı üretim süreçleri için hammadde olarak kullanılan ince metalik malzemeleri ifade eder. Birbirini izleyen toz katmanlarının ısı veya bağlayıcı maddelerle kaynaştırılmasıyla, karmaşık son kullanım metal parçaları kalıplar veya kalıplar olmadan oluşturulabilir.
Çeşitli metaller ve alaşımlar, seçici lazer sinterleme (SLS), doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS), elektron ışını eritme (EBM) ve bağlayıcı püskürtme gibi popüler 3D baskı yöntemleri için optimize edilmiş tozlar halinde formüle edilir. Partikül boyutu dağılımı, morfoloji, akış özellikleri ve mikroyapı performansı etkiler.
Bu kılavuz, 3D baskı için metalik tozları kullanırken dikkate alınması gereken bileşimi, uygulamaları, özellikleri, seçim faktörlerini, tedarikçileri, karşılaştırmaları ve SSS'leri kapsar. Toz özelliklerinin ve bunların proses parametreleriyle nasıl etkileşime girdiğinin anlaşılması, parça kalitesinin ve mekanik özelliklerin ayarlanmasını sağlar.
3d baskı metal tozlarının bileşimi
Yaygın baz metaller ve alaşımlar, katkılı üretim için ince tozlara dönüştürülür. Farklı malzemeler, son kullanımlara uygun farklı mekanik özellikler sunar.
| Malzeme | Açıklama | Anahtar Özellikler |
|---|---|---|
| Paslanmaz Çelik | Korozyon direnci, sıcaklık performansı için -30 krom ve diğer elementler içeren demir alaşımı | Yüksek mukavemet, dayanıklılık, oksidasyon direnci. Yapısal bileşenler, takımlar, denizcilik donanımı, otomotiv parçaları için kullanılır |
| Alüminyum Alaşımları | Alüminyum + silikon, magnezyum, bakır, çinko gibi diğer elementlere dayalı hafif demir dışı metal alaşımları | Hafif, korozyona dayanıklı, yüksek termal ve elektrik iletkenliği. Havacılık, otomotiv, endüstriyel uygulamalar için kullanılır |
| Titanyum Alaşımları | Titanyum + alüminyum, vanadyum gibi diğer elementlerden oluşan hafif, yüksek mukavemetli metal alaşımları | Son derece güçlü ancak hafif. Korozyona ve ısıya dayanıklıdır. Havacılık ve uzay bileşenlerinde, tıbbi/diş implantlarında, otomotivde kullanılır |
| Nikel Alaşımları | Nikel + krom, kobalt gibi diğer metallerin ısıya ve korozyona dayanıklı alaşımları | Yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve tokluğu korur. Havacılık ve uzay türbinleri, enerji üretimi donanımı, kimyasal işleme için kullanılır |
| Kobalt Krom | Mükemmel ısı + aşınma direncine sahip kobalt ve krom alaşımı | Biyouyumluluk ile aşırı sertlik. Diş kronları ve köprüleri, tıbbi implantlar, kesici aletler için kullanılır |
Süper alaşımlar, değerli metaller ve özelleştirilmiş formülasyonlar gibi gelişmiş malzemeler de yüksek performanslı eklemeli üretim için ortaya çıkmaktadır.
3d baskı metal tozlarının özellikleri
Bileşime ek olarak, birbirine bağlı çeşitli özellikler, tozların farklı 3D baskı süreçlerinde ve uygulamalarında nasıl performans gösterdiğini belirler:
| Öznitelik | Açıklama | Hususlar |
|---|---|---|
| Partikül Boyutu Dağılımı | Toz partikül çaplarının aralığı ve dağılımı | Sıkı dağılım eğrileri güvenilir sinterleme sağlar. Ortalama boyut minimum özellik çözünürlüğünü, yüzey kalitesini etkiler |
| Morfoloji | Toz partikül şekli ve yüzey yapısı | Pürüzsüz, küreye yakın partiküller en iyi paketleme yoğunluğunu ve akışkanlığı sağlar. Düzensiz şekiller yeniden kaplamayı zorlaştırır |
| Akış Karakteristikleri | Tozların ne kadar kolay ve güvenilir bir şekilde hareket ettiği ve yayıldığı | Yeniden kaplama performansını, parça kalitesi tutarlılığını, zaman içinde makine aşınmasını doğrudan etkiler |
| Görünür Yoğunluk | İnterstisyel boşluklar dahil birim hacim başına ağırlık | Paketleme verimliliğini, katman homojenliğini, gözenekliliği etkiler |
| Yığın Yoğunluğu | Tozlara mekanik olarak dokunulduktan sonra çökelmiş yoğunluk | Toz yatağı sıkıştırma kolaylığını gösterir, ortaya çıkan parça yoğunluğunu etkiler |
| Kalıntı Oksitler/Nem | Yüzey oksijeni veya nem kontaminasyonu | İnert ortamlar tarafından kontrol edilen eşik değerlerin aşılması durumunda sinterleme sırasında kusurlar oluşturabilir |
| Yeniden Kullanılabilirlik | Tozların proses boyunca kaç kez geri dönüştürülebileceği | Kirlenmeye, iş sertleşmesine, döngü boyunca parçacık bozulmasına bağlı olarak değişir |
Bu parametreler, hedef katkılı üretim yöntemlerinin gereksinimlerini karşılayan “yazdırılabilir” tozlar oluşturmak için dengelenir.
Uygulamaları 3D Baskı Metal Tozları
Çeşitli metal malzemelerin ortaya çıkardığı yetenekler, onları yaygın kullanımlara uygun hale getirmektedir:
| Endüstri | Uygulamalar | Bileşenler |
|---|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Uçak yapısal parçaları, jet motoru bileşenleri, ısı eşanjörleri, analitik enstrümantasyon | Türbin kanatları, ısı alıcıları, bağlantılar, kanallar, valfler ve manifoldlar, uzay aracı braketleri |
| Tıbbi | Ortopedik implantlar, protezler, diş restorasyonları, cerrahi aletler | Kalça/diz/omurga implantları, kafatası plakaları, özelleştirilmiş kronlar ve köprüler, neşterler, kıskaçlar, keskiler, ortodonti |
| Otomotiv | Hafifletme bileşenleri, performans parçaları, takımlar, sıvı taşıma donanımı | Metal matrisli kompozit parçalar, pistonlar, turboşarjlar, manifoldlar, yağ/soğutucu hatları, aparatlar ve fikstürler |
| Endüstriyel | Son kullanım üretim bileşenleri, hafif yapısal ekipman, sıvı işleme | Pompa gövdeleri, valfler, contalar, kompozit katmanlama için katkılı takımlar, sensör bileşenleri |
Hızlı prototipleme, tek seferlik üretim, toplu özelleştirme ve özel takımlar da metal tozlarıyla 3D baskının sağladığı tasarım özgürlüğünden yararlanan yaygın kullanım alanlarıdır.
3D Baskı İşlemleri için Metal Tozlarının Özellikleri
Spesifik partikül boyutu dağılımları, şekil özellikleri, saflık seviyeleri, yoğunluk ve geri dönüştürülebilirlik hedefleri, uyumlu baskı teknolojilerine ve kullanım amaçlarına göre değişir:
| Süreç | Parçacık Boyutu | Şekil Faktörleri | Saflık Standartları | Görünür Yoğunluk | Yeniden Kullanılabilirlik |
|---|---|---|---|---|---|
| Toz Yatak Füzyonu Lazer/Elektron Işını Sinterleme | 15-100 mikron | Yuvarlak, küresel ideal | >, nem/oksijen kontrollü | 50'nin üzerinde teorik maksimum yoğunluk | tipik 10+ kat |
| Bağlayıcı Püskürtme | 20-100+ mikron | Daha az kritik, yan ürünleri kullanabilir | 97%+ | 50'nin üzerinde teorik maksimum yoğunluk | 2-3 kez |
| Yönlendirilmiş Enerji Biriktirme | 50-300 mikron | Düzensiz şekillere izin verilir | 98%+ | 50'nin üzerinde teorik maksimum yoğunluk | Tekrar kullanılmadı |
Malzeme üreticileri, optimum baskılar için bu hedefleri dengelemeyi amaçlar. Ayrıca kimyasal bileşim ve mikro yapının mekanik performansı desteklemesini sağlarlar.
Metal Tozu Tedarikçiler ve Fiyatlandırma
Birçok yerleşik üretici ve gelişmekte olan üretici, yazdırılabilir metal tozları için büyüyen pazarı tedarik etmektedir:
| Tedarikçi | Malzemeler | Açıklama | Fiyatlandırma |
|---|---|---|---|
| Sandvik Osprey | Paslanmaz çelikler, kobalt krom, Ti alaşımları, Ni alaşımları | Çoğu baskı yöntemi için geniş portföy | kg başına 20-2000 |
| LPW Teknoloji | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, Ni alaşımları, Ti alaşımları, egzotikler | Üst düzey uygulamalara yönelik metal tozları | kg başına 4000-50000 |
| Marangoz Katkısı | Paslanmaz çelikler, Ti alaşımları, CoCr, Al alaşımları, Cu alaşımları | Özel alaşımlar ve partikül optimizasyonu | kg başına 30-2000$ |
| GE Katmanlı Konsept Lazer | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, CoCr alaşımları | Concept Lazer yazıcılar için OEM tozları | kg başına 100-500 |
| Hoganas | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri | Daha çok ciltli metal baskıya odaklandı | kg başına 9-20 |
| Valimet | Paslanmaz çelikler, Co alaşımları, Cu alaşımları, egzotikler | Yüksek saflıkta pres+sinter sınıfı uzmanları | kg başına 300-5000 |
Fiyatlar sipariş hacimlerine, teslim sürelerine, özel kalitelere ve piyasa dinamiklerine bağlıdır. Büyük üretim çalışmaları genellikle indirimli toplu fiyatlarla müzakere edilir.
Metal Baskı Tozlarının Temel Faktörlere Göre Karşılaştırılması
Kalite, maliyet, bulunabilirlik ve uygulamalar için toz seçerken ödünleşimler mevcuttur:
Metal 3D Baskı Tozlarının Artıları:
- Eklemeli ve eksiltmeli süreçlerin tasarım özgürlüğü
- İşlev için optimize edilmiş karmaşık, hafif geometriler
- Çoklu bileşenlerden basılı montajlara parça konsolidasyonu”
- Titiz mekanik ihtiyaçlara göre uyarlanmış özel alaşımlar
- Bilinen özellikler için yüksek saflıkta girdi malzemesi
- Talep üzerine bileşenlerin tam zamanında üretimi
Metal 3D Baskı Tozlarının Eksileri
- Daha düşük hacimlerde geleneksel üretime göre genellikle daha yüksek maliyet
- Seri üretime göre kısıtlı üretim hızı
- Uygulama başına ilk yeterlilik testi yükü
- Erken benimseme aşamalarında sınırlı ölçek ekonomileri
- Özel kullanım ve kontrollü ortamlar gereklidir
- Uygun şekilde uygulamak için dik öğrenme eğrisi
İlerlemenin maliyetleri düşürmesi ve seçenekleri artırmasıyla metal AM, genişleyen bir niş için ideal bir denge oluşturuyor.
Sıkça Sorulan Sorular
Metal tozları 3D baskı için özel olarak nasıl optimize edilir?
Tedarikçiler partikül karakterizasyonu, şekil mühendisliği, saflık iyileştirme, mikroyapı geliştirme ve AM teknolojisi gereksinimlerine göre uyarlanmış tutarlı çıktı için kapsamlı yatırımlar yapmaktadır. Bu, paketleme, yayılabilirlik, sinterleme kinetiği ve güvenilirliği artırır.
Yazdırılabilir metal tozları için ideal depolama ortamı nedir?
Baskıyı bozacak kontaminasyonu önlemek için kuru inert gaz dolgulu sızdırmaz nem ve oksijen kontrollü konteynerler/hazneler kullanılır. Paslanmaz çelik veya nikel alaşımları daha fazla reaktiviteyi en aza indirmeye yardımcı olur. Taşıma sırasında uygun KKD önlemleri de kullanılmalıdır.
Metal tozu geri kazanımı için arızalı veya geri dönüştürülmüş baskılar nasıl ele alınmalıdır?
Başarısız veya tamamlanmış bir baskıdan sonra sinterlenmemiş tozlar filtrelenebilir, boyut fraksiyonlarına elenebilir ve kontrollü oranlarda, tipik olarak -30 maksimum kontaminasyon seviyelerinde taze toza geri karıştırılmadan önce kontaminasyon açısından test edilebilir.
Hangi metal 3D baskı işlemi en geniş partikül boyutu aralığını kullanır?
Bağlayıcı püskürtme, 20 mikrondan 100 mikrona kadar en geniş spektrumu destekler, çünkü toz sadece bağlanır, daha sıkı boyut dağılımları gerektiren lazerler veya elektron ışınları ile doğrudan kaynaştırılmaz.
Hangi malzemeler en iyi aşınma direncini sunar?
Kobalt kromun ardından gelen nikel süper alaşımlar genellikle 50 HRC'yi aşan sertlik seviyeleriyle en iyi aşınma performansını sunar, yüksek çalışma sıcaklıklarında mukavemet ve sertliği koruyarak metal üzerine metal rulmanlar, kesici takımlar ve benzer uygulamalar için idealdir.
