快速成型制造粉末

目录

概述

Additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, utilizes metal powders to construct components layer by layer based on digital models. The powder acts as the feedstock and is selectively melted, sintered, or bound by precision heat sources guided by the CAD geometries.

Popular AM processes for metals include binder jetting, directed energy deposition, powder bed fusion, and sheet lamination. Each technique requires powder with specific characteristics to achieve optimal density, surface finish, dimensional precision, and mechanical properties in the printed parts.

This guide provides an in-depth look at metal powder for AM, including alloy options, production methods, key powder properties, applications, specifications, suppliers, and purchasing considerations when sourcing material. Helpful comparison tables summarize technical data to assist with powder selection and qualification.

Sourcing optimized AM powder enables manufacturers to improve print quality, reduce defects, and fully leverage 3D printing benefits like design freedom, faster iteration, and part consolidation. Connecting with knowledgeable suppliers simplifies raw material qualification.

增材制造粉末

Alloy Options for AM Powder

A wide range of metals and alloys are available as optimized powder feedstock for 3D printing processes:

通用合金系统 快速成型制造粉末

  • 不锈钢
  • 工具钢
  • 钛和钛合金
  • 铝合金
  • 镍超合金
  • 钴铬合金
  • 金、银等贵金属
  • Exotic alloys like copper, tantalum, tungsten

Both standard and custom alloys can be sourced to meet specific needs in terms of corrosion resistance, strength, hardness, conductivity, or other properties.

用于 AM 的金属粉末生产方法

Additive manufacturing utilizes metal powder produced through:

Typical Metal Powder Manufacturing Methods for AM

  • 气体雾化
  • 水雾化
  • 等离子雾化
  • 电解
  • 羰基铁工艺
  • 机械合金化
  • 金属氢化/脱水
  • 血浆球体化
  • 造粒

Spherical atomized powders provide optimal flow and dense packing required for most AM processes. Some techniques allow nanoscale or customized alloy particles.

Key Characteristics of AM Metal Powder

调制解调器的关键粉末特性包括

金属 快速成型制造粉末 属性

特征典型值重要性
粒径分布10 至 45 微米影响致密化和表面光洁度
粒子形状球形改善粉末流动和包装
表观密度2 至 4 克/立方厘米Influences powder bed density
水龙头密度3 至 6 克/立方厘米表示可压缩性
霍尔流量25-50 秒/50 克确保顺利撒粉
点火损失0.1-0.5%Low moisture content improves printing
氧气含量<0.1%Minimizes defects from oxides

Precisely controlling characteristics like particle size, shape, and chemistry is critical to achieving fully dense AM parts with desired properties.

Applications of AM Metal Powder

Additive manufacturing enables complex geometries impossible through conventional techniques:

Metal Additive Manufacturing Applications

行业用途益处
航空航天涡轮叶片、结构设计自由,重量减轻
医疗植入物、假肢、器械定制形状
汽车原型和工具的轻量化快速迭代
国防无人机部件、防护结构快速原型和短期运行
能源热交换器、歧管部件合并和拓扑优化
电子产品屏蔽、冷却装置、EMI复杂的封闭结构

与传统制造方法相比,轻量化、部件整合和适用于极端环境的高性能合金具有关键优势。

Specifications for AM Metal Powder

国际规范有助于实现调幅粉末特性的标准化:

增材制造金属粉末标准

标准范围参数测试方法
ASTM F3049AM 金属表征指南取样、尺寸分析、化学、缺陷显微镜、衍射、SEM-EDS
ASTM F3001-14用于 AM 的钛合金颗粒大小、化学性质、流量筛分、扫描电镜-电子显微镜
ASTM F3301用于 AM 的镍合金颗粒形状和大小分析显微镜、图像分析
ASTM F3056用于 AM 的不锈钢化学、粉末特性ICP-OES, pycnometry
ISO/ASTM 52921AM 粉末的标准术语定义和粉末特性各种

遵守已公布的规格,确保为关键应用提供可重复的高质量粉末原料。

Global Suppliers of AM Metal Powder

AM 优化金属粉末的主要国际供应商包括

Metal Powder Manufacturers for Additive Manufacturing

供应商材料典型粒径
山特维克不锈钢、工具钢、镍合金15-45 微米
普莱克斯钛、超级合金10-45 微米
AP&C钛、镍、钴合金5-25 微米
木匠添加剂钴铬合金、不锈钢、铜15-45 微米
LPW 技术铝合金、钛10-100 微米
EOS工具钢、钴铬合金、不锈钢20-50 微米

许多产品都专注于专为普通 AM 方法(如粘合剂喷射、粉末床熔融和定向能沉积)设计的细球形粉末。

Purchasing Considerations for AM Metal Powder

Key aspects to discuss with suppliers:

  • 所需的合金成分和性能
  • 目标粒度分布和形状
  • 围护结构密度和大厅流动性
  • 氧气和水分等杂质的允许含量
  • 所需的测试数据和粉末特征
  • 可用数量范围和交付周期
  • Special handling precautions for pyrophoric alloys
  • 质量体系和粉末来源可追溯性
  • Technical expertise in AM powder requirements
  • 物流和交付机制

Work closely with suppliers experienced in AM-specific powders to ensure ideal material selection for your process and components.

Pros and Cons of AM Metal Powder

Benefits vs Limitations of Metal Powder for Additive Manufacturing

优势缺点
允许复杂的定制几何形状成本高于传统材料
大大缩短开发时间所需的粉末处理预防措施
简化装配和轻量化照样打印的部件通常需要后处理
达到接近锻造材料的性能尺寸和建造量限制
Eliminates expensive tooling热应力可导致开裂和变形
实现部件整合和拓扑优化生产量低于传统方法
大大提高购买飞行比率需要严格的粉末表征和参数开发

如果使用得当,金属 AM 可以带来改变游戏规则的优势,但需要专业技术才能成功实施。

增材制造粉末

常见问题

How small can particle size be for metal additive manufacturing?

专门的雾化技术可以生产出最小 1-10 微米的粉末,但大多数金属打印机的最小尺寸在 15-20 微米左右时效果最佳,这样可以获得良好的流动性和包装效果。

印刷金属零件表面粗糙的原因是什么?

表面粗糙是由于部分熔化的粉末附着在表面上、飞溅、阶梯步进以及熔池特性不理想造成的。使用更细的粉末并调整理想的加工参数可使表面更光滑。

所有金属 3D 打印方法都使用相同的粉末吗?

虽然存在重叠,但与粉末床熔化相比,粘合剂喷射通常使用更广泛的粉末粒度分布。有些工艺根据熔点或反应性仅限于某些合金。

如何制造混合粉末或双金属粉末?

Prealloyed powders ensure uniform properties but for composites, physical powder blending or specialized atomization techniques provide custom blended elemental powder mixes.

金属打印机更换粉末材料需要多长时间?

不同合金之间的全面清洗和转换通常需要 6-12 个小时。类似材料之间的快速转换则可在一小时内完成。

结论

Optimized metal powders enable additive manufacturing processes to construct complex, robust metal components with superior properties. Matching alloy chemistry and powder characteristics to the printing method and component performance requirements is critical to high quality results. By partnering with experienced powder suppliers, end users leverage expertise in both powder production and 3D printing processes to develop parts faster and more reliably. Continued advances in metal powders help drive increased adoption of additive techniques across critical industries.

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