Genel Bakış Katmanlı Üretim Tozu
3D baskı olarak da bilinen katkı üretimi, parçaları ve ürünleri katman katman oluşturmak için toz halinde çeşitli malzemeler kullanır. Seçilen toz türü, kullanılan belirli katkı üretim sürecinin yanı sıra bitmiş parçanın istenen özelliklerine bağlıdır.
Katkı üretimin temel türlerinden bazıları şunlardır:
- Metal Tozları - Toz yataklı füzyon ve yönlendirilmiş enerji biriktirme işlemlerinde kullanılır. Yaygın malzemeler arasında titanyum, alüminyum, çelik, nikel alaşımları ve kobalt-krom bulunur.
- Polimer Tozları - Toz yataklı füzyon ve malzeme püskürtme işlemlerinde kullanılır. Yaygın malzemeler arasında naylon, ABS, polikarbonat, polistiren ve termoplastik poliüretan bulunur.
- Seramik Tozları - Bağlayıcı püskürtme ve malzeme ekstrüzyon işlemlerinde kullanılır. Yaygın malzemeler arasında silis, alümina, zirkonya ve porselen bulunur.
- Kum ve Döküm Tozları – Metal döküm için kalıplar ve çekirdekler oluşturmak üzere bağlayıcı püskürtme işlemlerinde kullanılır. Genellikle silika bazlıdır.
- Biyouyumlu ve Biyoaktif Tozlar – Tıbbi uygulamalarda kullanılır. Yaygın malzemeler arasında titanyum, hidroksiapatit ve trikalsiyum fosfat bulunur.
Katkı imalatı tozlarının özellikleri, basılı parçaların özelliklerini, kalitesini, doğruluğunu ve performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Başlıca toz özellikleri şunlardır:
Katkı İmalat Tozu Bileşimi
Katkı imalatı, çeşitli baskı işlemleri için özel olarak tasarlanmış belirli bileşimlere sahip metalik, polimerik, seramik, kum ve diğer toz malzemeleri kullanır.
Metal Tozları
| Tip | Yaygın Bileşimler |
|---|---|
| Titanyum alaşımları | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-Al-Fe, Ti-Al-Mn, Ti-Al-Sn |
| Alüminyum alaşımlar | AlSi10Mg, AlSi12, Scalmalloy |
| Çelik alaşımları | 17-4PH, 316L, 304L, 4140 |
| Nikel alaşımları | Inconel 625, 718; Hastelloy X |
| Kobalt-krom | CoCrMo |
Polimer Tozları
| Tip | Yaygın Bileşimler |
|---|---|
| Naylon | Naylon 11, Naylon 12 |
| ABS | Akrilonitril bütadien stiren |
| Polikarbonat | Bisfenol A polikarbonat |
| Polistiren | PS, Yüksek etkili PS |
| Termoplastik Poliüretan | TPU |
Seramik Tozları
| Tip | Yaygın Bileşimler |
|---|---|
| Silika | Eritilmiş kuvars, kristobalit |
| Alümina | Al2O3 |
| Zirkonya | ZrO2, YSZ (itriyum stabilize) |
| Porselen | Cam, kil ve feldspat karışımı |
Kum ve Döküm Tozları
| Tip | Kompozisyonlar |
|---|---|
| Silis kumu | Çoğunlukla SiO2, eser miktarda metal oksitler ve ametal oksitler içerir |
| Zirkon kumu | Zirkonyum silikat |
| Olivin kumu | Magnezyum demir silikat |
| Kromit kumu | Demir krom oksit |
Biyoaktif ve Biyouyumlu Tozlar
| Tip | Yaygın Bileşimler |
|---|---|
| Titanyum ve alaşımları | Saf titanyum, Ti-6Al-4V |
| Hidroksiapatit | Ca10(PO4)6(OH)2 |
| Trikalsiyum fosfat | Ca3(PO4)2 |
Katmanlı Üretim Tozu Mülkler
Katkı imalat tozlarının parça kalitesini ve işlem performansını etkileyen temel özellikleri şunlardır:
| Mülkiyet | Açıklama | Önem |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu dağılımı | Toz partikül boyutlarının aralığı ve dağılımı | Toz akışkanlığını, paketleme yoğunluğunu, katman düzgünlüğünü, çözünürlüğü etkiler |
| Morfoloji ve şekil | Toz partiküllerinin en boy oranı ve şekil faktörleri | Yayılmayı, paketleme yoğunluğunu, toz akışını etkiler |
| Yoğunluk | Yığın tozunun kütle hacim oranı | Parçaların ağırlık ve boyutsal doğruluğunu belirler |
| Akışkanlık | Tozun uygulanan gerilim altında serbestçe akabilme yeteneği | Toz katmanlarının düzgün bir şekilde yayılması ve yeniden kaplanması için hayati öneme sahiptir |
| Nem içeriği | Tozdaki yüzde su içeriği | Yüksek nem, toz yığılmalarına ve baskı kusurlarına neden olur |
| Kimyasal bileşim | Mevcut elementel bileşim ve fazlar | Bitmiş parçaların mekanik özelliklerini, mikro yapısını ve performansını tanımlar |
Katkı İmalat Tozu Uygulamaları
Katkı imalat tozları, başlıca endüstrilerde işlevsel bileşenleri yazdırmak için kullanılır:
| Endüstri | Uygulamalar | Kullanılan Malzemeler |
|---|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Türbin kanatları, uçak bileşenleri, roket motorları | Titanyum alaşımları, nikel alaşımları, alüminyum alaşımları, kobalt krom |
| Otomotiv | Prototipleme, dişliler, braketler gibi parçaların üretimi | Alüminyum alaşımları, naylon, ABS |
| Tıbbi | Diş kaplamaları, implantlar, cerrahi aletler | Titanyum alaşımları, kobalt krom, paslanmaz çelik |
| Tüketici | Takı, dekoratif objeler, aydınlatma armatürleri | Altın, gümüş gibi değerli metaller; polimerler |
Katkı İmalat Tozu Özellikleri
Belirli katkı imalat işlemlerinde kullanılan toz malzemeler, belirli boyut, bileşim ve özellik eşiklerine uygundur:
| Süreç | Parçacık Boyutu | Alaşım Sınıfı | Standartlar |
|---|---|---|---|
| Toz yatağı füzyonu | 15-45 mikron | ASTM F3001'e göre Ti-6Al-4V ELI | ASTM F3049, ASTM F2924, ASTM F2971 |
| Bağlayıcı püskürtme | 20-60 mikron | 420 veya 316 paslanmaz çelik | ASTM F3301, MPIF 35 |
| Malzeme püskürtme | 5-25 mikron | 60-65 Shore D poliüretan | – |
| Yönlendirilmiş enerji biriktirme | 45-150 mikron | Inconel 718, 316L paslanmaz çelik | ASTM F3055, ASTM F3302 |
Katkı İmalat Tozu Tedarikçileri
Metal, polimer, seramik ve kompozit katkı imalat tozları sunan geniş bir tedarikçi ağı bulunmaktadır:
| Şirket | Toz Malzemeler | Maliyet Aralığı |
|---|---|---|
| LPW Teknoloji | Titanyum alaşımları, alüminyum alaşımları, paslanmaz çelik, nikel alaşımları | kg başına 100-500$ |
| Sandvik Osprey | Paslanmaz çelik alaşımları, nikel alaşımları, kobalt alaşımları | kg başına 50-250$ |
| Gelişmiş Tozlar & Kaplamalar | Naylon bazlı polimerler, PEEK, PEKK | kg başına 80-600$ |
| ExOne Şirketi | Paslanmaz çelik, takım çeliği, tungsten karbür, Inconel 625 | kg başına 75-1000$ |
| Höganäs | Paslanmaz çelik, demir bazlı alaşımlar | kg başına 30-150$ |
| Kennametal | Tungsten karbür-kobalt, 17-4PH paslanmaz | kg başına 100-1200$ |
| 3DCeram | Alümina seramik, zirkonya seramik, silika | kg başına 100-250$ |
Karşılaştırma Katmanlı Üretim Tozları
Üretim süreçleri, maliyet, parça özellikleri ve kalitesi açısından çeşitli toz seçenekleri arasında önemli farklılıklar vardır:
| Parametre | Polimer Tozu | Metal Tozu | Seramik Tozu |
|---|---|---|---|
| Yapım hızı | Orta | Yavaş | Hızlı |
| Çözünürlük | Orta | Yüksek | Orta ila düşük |
| Parça dayanımı | Düşük ila orta | Çok yüksek | Orta ila yüksek |
| Parça doğruluğu | Orta | Orta ila yüksek | Düşük ila orta |
| Yüzey finisajı | Orta | Yüksek | Düşük ila orta |
| Termal özellikler | Düşük erime noktası, düşük iletkenlik | Yüksek erime noktası, yüksek iletkenlik | Yüksek erime noktası, düşük iletkenlik |
| Parça başına maliyet | Düşük ila orta | Yüksek | Orta |
| Son İşlem | Minimum | Kapsamlı | Orta |
Toz Yatağı Katkı İmalatını Kullanmanın Avantajları
Parça imalatında toz yatağı teknolojisini kullanmanın başlıca avantajlarından bazıları şunlardır:
- Döküm veya işleme ile mümkün olmayan karmaşık, hafif geometriler oluşturabilme yeteneği
- Kullanılmayan tozun geri dönüştürülmesi sayesinde minimum ham madde israfı
- Hızlı prototiplemeye izin veren özel takımlara veya kalıplara ihtiyaç duymaz
- Parçalar, dövme malzemelere uygun yüksek mukavemet, dayanıklılık, ısı ve korozyon direnci gösterir
- Gözeneklilik ve mikro yapı kolayca kontrol edilebilir
- Çoklu malzemeler ve alaşımlar, hatta dereceli bileşimler yazdırılabilir
- Minimum teslim süreleriyle tam zamanında üretim sağlanır
Toz Yatağı Katkı İmalatının Sınırlamaları
Toz yatağı katkı imalatı ile ilişkili, dikkate alınması gereken bazı dezavantajlar:
- Diğer işlemlere kıyasla yüksek ekipman ve işletme maliyetleri
- Sıcak İzostatik Presleme gibi ek bir işlem genellikle gereklidir
- Toz işleme prosedürleri ve ekipmanları özel ilgi gerektirir
- Belirli esnek polimerlerin ve kauçuk benzeri malzemelerin basılması zorluklar yaratır
- Çok yüksek hacimli ve seri üretim senaryoları için ideal değildir
- Yapı odası boyutlarının getirdiği boyut kısıtlamaları, büyük parçaların yeniden tasarlanmasını gerektirebilir
SSS
S: Katkısal imalat için en yaygın kullanılan metal tozu nedir?
C: Ti-6Al-4V gibi titanyum alaşımları, yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve biyouyumlulukları nedeniyle en popüler metal tozlarından biridir. Alüminyum alaşımları, paslanmaz çelikler, kobalt krom ve nikel süper alaşımları da çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
S: AM süreçlerinde kullanılan tozlar ne kadar incedir?
C: Tipik boyut aralığı 10-100 mikrondur, ancak bazı süreçler 1-10 mikronluk ultra ince nano tozlar kullanabilir. 20 mikronun altındaki daha ince tozlar daha iyi çözünürlük ve doğruluk sağlar.
S: Katkısal imalat tozlarının fiyatlandırmasını neler etkiler?
C: Hammadde maliyetleri, bileşim, alaşım türü, boyut dağılımı, akışkanlık ve morfoloji gibi partikül özellikleri, saflık seviyeleri ve satın alma hacmi fiyatları belirler. Karmaşık alaşımlar daha basit olanlardan daha pahalıdır.
S: Toz partiküllerinin şekli katkısal imalat için önemli midir?
C: Evet, iyi akışkanlığa, paket yoğunluğuna ve yayılabilirliğe sahip küresel tozlar, yazdırma sırasında oldukça düzensiz veya köşeli tozlara kıyasla çok daha iyi performans gösterir. Partikül şekli yoğunluğu, katman düzgünlüğünü ve yüzey kalitesini etkiler.
S: AM süreçleri için herhangi bir hazır toz kullanılabilir mi?
C: Her zaman değil - çoğu süreç, ideal akış ve füzyonu sağlamak için 3B baskı uygulamaları için özel olarak uyarlanmış bileşimlere, boyutlara ve şekillere sahip özel tozlar gerektirir. Yalnızca sıkı kalite kontrolü olan yerleşik üreticiler önerilir.
S: Kullanılmayan metal tozu katkısal imalatta nasıl yeniden kullanılır veya geri dönüştürülür?
C: Baskılardan sonra, sinterlenmemiş toz büyük yığınları gidermek için filtrelenir ve daha sonra akışkanlığını, yoğunluğunu ve bileşimini sıkı sınırlar içinde korumak için az miktarda taze tozla karıştırılır. Bu toz geri dönüşümü maliyetleri ve atıkları önemli ölçüde azaltır.
S: Toz yatağı 3B baskıda katman delaminasyon sorunlarına ne sebep olur?
C: Katmanlar arasındaki yetersiz bağ, yetersiz ön ısıtma, düzensiz toz dağılımı, yetersiz enerji girişi, elverişsiz termal gradyanlar veya zayıf partikül paketleme yoğunluğundan kaynaklanır; bunlar yaygın nedenler arasındadır. Süreç parametrelerini optimize etmek hayati öneme sahiptir.
S: Katkısal imalat metal tozları yanıcı tehlikeler midir?
Birçok reaktif elementel ve alaşımlı toz, ince bölünmüş olduklarında son derece yanıcıdır. Uygun havalandırma, ekipmanın elektriksel olarak topraklanması, özel egzoz sistemleri, kıvılcım tespiti ve yangın söndürme temel güvenlik önlemleridir. Toz depolama ve işleme de özel önlemler gerektirir.
