Metal 3D baskı tozu yapmak için birkaç yöntem vardır:
1.Mekanik Pulverizasyon
Katı metal mekanik kırma yöntemi bağımsız bir toz yapma yöntemidir ve bazı toz yapma yöntemlerini tamamlayıcı bir işlem olarak kullanılabilir. Kırma, parçalama ve öğütme rolüne dayanarak, metal, alaşım veya bileşiğin büyük kısmı toz haline getirilir. Nihai kırma derecesi iki kategoriye ayrılabilir: kaba kırma ve ince kırma.
Tozun boyutunu daha da azaltmak veya artırmak için, tozun alaşımlanması mekanik öğütmeyi seçebilir
Uygulanabilir malzemeler: Fe, Al, saf Ti tozu ve Fe bazlı alaşımlar
2.Atomizasyon Yöntemi
Atomizasyon, sıvı metallerin ve alaşımların doğrudan ince damlacıklara bölündüğü ve bu damlacıkların hızla katılaşarak toz haline geldiği bir işlemdir. Yüksek hızlı bir hava veya su akışı, kırılmış metal sıvı akışı için hem itici güç hem de soğutucudur. Sıvı oluşturabilen herhangi bir malzeme esasen atomize edilebilir.
Düşük erime noktalı metal tozu için granülasyon işlemi, erimiş metalin küçük bir delikten veya elekten otomatik olarak havaya veya suya girmesine izin vermek, metal tozu elde etmek için yoğunlaştırmak, bu toz partikül boyutunu kaba hale getirme yöntemidir;.
İnce toz hazırlamanın diğer bir yöntemi: su atomizasyonu veya gaz atomizasyonu yöntemi; santrifüj atomizasyon yöntemi; ve süpersonik darbeli inert gaz atomizasyon yöntemi. Örnek olarak titanyum alaşımı tozunu ele alırsak, titanyum alaşımı tozu eritilir ve yüksek saflıkta argon gazı hava akışı ile ince damlacıklar halinde atomize edilir, bu da inert hava akışı yoluyla yerçekimi etkisi altına girer ve ince parçacıkların soğuması altında toz halinde katılaştırılması işlemi.
Şu anda, vakum atomizasyon yöntemi ve inert gaz atomizasyon yönteminin (özellikle aktif metal tozunun hazırlanması için uygundur) daha fazla uygulaması vardır.
Uygulanabilir malzemeler: Fe, Cu, refrakter metaller, paslanmaz çelik, Ti alaşımı vb.
3.Azaltma Yöntemi
İndirgeme, metal oksitleri ve tuzları bir indirgeyici madde ile indirgeyerek metal tozu üretmek için kullanılan bir yöntemdir; burada indirgeyici madde katı, gaz veya sıvı formda olabilir. Karbon indirgeme yöntemi, gaz indirgeme yöntemi, hidrojen indirgeme yöntemi, metal termal indirgeme dahil olmak üzere
Uygun malzemeler: Nadir metallerin ve refrakter metal tozlarının temsilcileri olarak Fe, W, Ta, Zr
4.Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)
Buhar fazı indirgeyici ile metal buharı yoğuşması kullanılarak kimyasal buhar biriktirme. Bu malzemeler düşük erime noktası ve yüksek uçuculuk ile karakterize edilir.
5.Elektrolitik Yöntem
Belirli koşullar altında bir elektrolitik hücrenin katodundan toz biriktirme yöntemi. Elektroliz yöntemi, kullanım sıklığı açısından indirgeme yönteminden sonra ikinci sıradadır. Üretim maliyeti yüksek olmasına rağmen, hazırlama saflığı da yüksektir ve metal tozu üzerinde benzer bir saflaştırma etkisine sahiptir.
Prensip: Kimyasal elektroliz
Uygulanabilir malzemeler: Fe, Cu, Ni, Ti ve diğer metal tozları ve metaller arası bileşikler.
6.Rotating Electrode Com-minuting Process
Şu anda en büyük üretim ölçeği ve en temsili yüksek sıcaklık alaşım tozu hazırlama yöntemi: iyi şekilli (yuvarlak küresel), daha az gözenekli toz ve düşük oksijen içeriğine sahip toz hazırlayan plazma döner elektrot tozu hazırlama yöntemi (yani PREP yöntemi). Bu yöntem daha maliyetlidir ve genellikle havacılık ve biyomedikal alanları için uygundur.
Prensip: Plazma tabancası, yüksek hızlı dönen alaşımlı çubuk malzeme motorunun ucunu eritmek için kapalı atomizasyon odasında plazma akışı oluşturmak için kullanılır ve sıvı metal, ilk aşamada merkezkaç kuvvetinin etkisi altında çok küçük damlacıklar halinde atomize edilir. uçan atış ve inert gaz içinde soğutulur.
Uygulanabilir malzemeler: Ni bazlı ve diğer refrakter metaller, Ti ve diğer aktif metaller.
7.Sferoidize etmek Yöntem
Küreselleştirme yöntemi esas olarak vardır: RF plazma sferoidizasyonu, lazer plazma sferoidizasyonu ve diğer sferoidizasyon ısı kaynakları
Prensip: Plazma küreselleştirmeyi örnek olarak ele alalım: İnert gazla karıştırılmış düzensiz şekilli titanyum toz partikülleri, plazma torcu tarafından hızla ısıtılan ve eritilen plazma torcuna eklenir ve erimiş partiküller yüzey gerilimi etkisi altında yüksek küreselliğe sahip damlacıklar oluşturur ve çok kısa sürede hızlı soğutma ile küresel toz elde edilir.
Uygulanabilir malzemeler: esas olarak düzensiz metal tozunun ikincil işlenmesi için kullanılır.
Frequently Asked Questions (FAQ)
1) Which powder-making method yields the most spherical particles for LPBF?
- PREP (plasma rotating electrode) and gas atomization (VIGA/EIGA) typically deliver highly spherical powders with low satellite content, ideal for powder bed fusion.
2) When should I choose water atomization over gas atomization?
- Water atomization is cost-effective for steels and produces finer powders, but with higher oxygen and irregular shapes. Choose GA for reactive alloys (Ti, Ni superalloys) and AM applications needing high flowability and low O/N.
3) Can mechanical pulverization produce AM-grade powders?
- Rarely. It’s useful for coarse or irregular feedstock and for secondary size adjustment, but usually requires downstream spheroidization (e.g., RF plasma) to reach AM-grade flow and morphology.
4) How do I minimize oxygen pickup during powder making and handling?
- Use inert atmospheres (argon), vacuum melting/atomization (VPA/VIGA/EIGA), dry rooms (<10% RH), sealed containers, and closed-loop powder handling per ISO/ASTM 52907 practices.
5) What QC tests are essential before qualifying a batch for AM?
- Particle size distribution (laser diffraction), morphology (SEM), flowability (Hall/Carney), apparent/tap density (ASTM B212/B703), chemistry O/N/H (ASTM E1019), and contamination/inclusions checks. Optional: CT of built coupons and microstructure.
2025 Industry Trends for the Best Methods of Metal 3D Printing Powder Making
- Hybrid routes: Water-atomized steels upgraded via RF plasma spheroidization to AM-grade flow at lower total cost.
- Clean melt expansion: EIGA/VPA capacity grows for Ti and Ni alloys, lowering oxygen baselines and stabilizing supply.
- Inline QA: Real-time optical/AI inspection at cyclones to control satellites and hollow particles; digital material passports standardize traceability.
- Sustainability: Argon recovery and powder circularity (reconditioning + reuse) reduce gas consumption 25–40% and extend reuse cycles to 8–12.
- Application-driven PSD: Narrow PSD tailoring for Binder Jetting sintering windows and DED deposition stability.
2025 Powder-Making KPI Snapshot
| Metrik | 2023 Baseline | 2025 Status | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade O content (Ti-6Al-4V, wt%) | 0.07–0.12 | 0.05–0.10 | Improved VPA/EIGA and inert loops; ISO/ASTM 52907 |
| Sphericity (aspect ratio) GA/PREP | 0.92–0.96 | 0.94–0.98 | Better atomizer nozzles, plasma tuning; OEM datasheets |
| Hall flow (s/50 g, GA steels/Ni) | 16–22 | 15–19 | Satellite reduction via AI process control; ASTM B213 |
| Reuse cycles (AM, pre-blend) | 3–6 | 6–10 | Closed-loop handling; ASTM AM CoE |
| Argon use per kg powder (GA) | - | −25–40% | Argon reclamation; plant case studies |
| Share of hybrid WA+plasma for AM steels | low | rising | Cost/flow trade-off; industry reports |
Key references:
- ISO/ASTM 52907:2023 (metal powder characterization) https://www.iso.org/standard/78974.html
- ASTM B212/B213/B703, ASTM E1019 (density, flow, O/N/H) https://www.astm.org/
- NIST AM-Bench datasets https://www.nist.gov/ambench
- Wohlers Report 2025 market insights https://wohlersassociates.com/
Latest Research Cases
Case Study 1: RF Plasma Spheroidization Upgrades Water-Atomized 17-4PH for Binder Jetting (2025)
Background: A Tier-1 automotive supplier needed AM-grade flow without full GA costs for high-volume Binder Jetting.
Solution: Applied RF plasma spheroidization to WA 17-4PH, tightened PSD via classification, and optimized debind/sinter windows.
Results: Hausner ratio improved from 1.38→1.27; Hall flow from no-flow to 17.2 s/50 g; dimensional shrink variation cut by 35%; tensile properties met ASTM A564 equivalents after aging; per-kg powder cost 12–18% below GA alternative.
Case Study 2: EIGA Ti-6Al-4V Powder Reduces Oxygen Variability in Multi-Laser LPBF (2024)
Background: Aerospace producer saw fatigue scatter linked to oxygen drift in GA Ti powders across reuse cycles.
Solution: Switched to EIGA feedstock (PSD 20–45 μm), implemented closed-loop inert handling and AI melt pool monitoring; standardized HIP.
Results: O stabilized at 0.06–0.08 wt% across 8 reuse cycles; CT-detected lack-of-fusion rate reduced by 40%; HCF median life +22%; first-pass yield +16%.
Expert Opinions
- Dr. John Slotwinski, Materials Research Engineer, NIST
Key viewpoint: “For AM, the powder-making route is only half the story—consistent characterization (PSD, flow, O/N/H) per ISO/ASTM 52907 determines lot-to-lot reliability.” Source: NIST AM workshops https://www.nist.gov/ - Prof. Ian Gibson, Professor of Additive Manufacturing, University of Twente
Key viewpoint: “PREP and EIGA remain the gold standard for reactive alloys, but hybrid WA + plasma routes are closing the gap for steels where cost and throughput matter.” Source: AM conference proceedings https://www.utwente.nl/ - Dr. Anushree Chatterjee, Director, ASTM International AM Center of Excellence
Key viewpoint: “Digital material passports tied to standardized test data are accelerating powder qualification across platforms in 2025.” Source: ASTM AM CoE https://amcoe.astm.org/
Practical Tools/Resources
- ISO/ASTM 52907 (powder characterization)
https://www.iso.org/standard/78974.html - ASTM B212/B213/B703, E1019 (density, flow, tap density, O/N/H)
https://www.astm.org/ - NIST AM-Bench datasets and validation problems
https://www.nist.gov/ambench - Senvol Database: Compare machines/materials for AM powder routes
https://senvol.com/database - HSE ATEX/DSEAR: Powder handling and explosion safety
https://www.hse.gov.uk/fireandexplosion/atex.htm - Open-source/engineering tools: Thermo-Calc (CALPHAD), pySLM (scan path optimization), AdditiveFOAM (thermal/porosity simulation), ImageJ (particle morphology analysis)
Last updated: 2025-08-27
Changelog: Added 5 FAQs, 2025 trends with KPI table and sources, two recent case studies, expert viewpoints, and a curated tools/resources list aligned to ISO/ASTM best practices.
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major atomizer capacity changes, or new safety directives affecting powder handling.
