3d 인쇄용 금속 분말 재료

금속 3D 프린팅은 금속 분말을 사용하여 금속 부품을 직접 인쇄하는 3D 프린팅 기술로, 금속 분말 소결(SLM)이라고도 합니다. 우수한 가소성 외에도 3D 프린팅 금속 분말은 미세 분말 입자 크기 및 높은 입자 크기 분포의 요구 사항도 충족해야 합니다. 좁은 구형도, 우수한 유동성 및 높은 부피 밀도 요구 사항. 현재 대부분의 3D 프린터에 사용되는 금속 분말은 스테인리스강, 알루미늄 합금, 코발트-크롬 합금, 구리 합금, 티타늄 합금 및 니켈 합금을 포함합니다. 철계 합금은 엔지니어링 기술에서 가장 중요하고 가장 많이 사용되는 금속 재료는 주로 복잡한 구조의 형성에 사용되며 항공 우주, 자동차, 조선, 기계 제조 및 기타 산업에 널리 사용됩니다.

금속 분말의 종류 및 최종 제품의 특성을 결정하는 데 사용되는 3D 프린팅 공정

●스테인리스 분말

비교적 저렴한 금속 인쇄 재료, 비용 효율적, 우수한 내식성, 고강도는 복잡한 산업 부품의 소량 배치를 빠르고 효율적으로 제조할 수 있습니다.

●알루미늄 합금 분말

현재 금속 3D 프린팅에 사용되는 알루미늄 합금은 주로 알루미늄 실리콘 AlSi12 및 AlSi10Mg를 포함합니다. 알루미늄 실리콘 12는 열 특성이 좋은 금속 분말을 생산하는 데 사용되는 경량 첨가제입니다. 실리콘과 마그네슘의 조합은 알루미늄 합금의 강도를 높일 수 있습니다. 및 강성으로 인해 특히 열 특성이 좋고 무게가 가벼운 응용 분야에서 벽이 얇고 복잡한 형상에 적합합니다. 알루미늄 합금은 고강도, 고품질 강에 가깝거나 능가하는 고강도 및 우수한 가소성에서 가장 널리 사용되는 비철 구조 재료입니다. 연구에 따르면 3D 프린팅용 알루미늄 합금은 조밀한 부품, 작은 구조 및 주조 부품에 필적하거나 더 나은 기계적 특성을 얻을 수 있으며 기존 공정에 비해 부품 품질을 22% 낮출 수 있지만 비용은 절감할 수 있습니다. 30퍼센트로.

●코발트-크롬 합금 분말

금속 3D 프린팅용 코발트-크롬 합금 분말은 우수한 내마모성과 내식성으로 인해 각종 인공관절 및 정형외과용 임플란트를 프린팅하는 데 많이 사용되며, 치과 분야에서도 활용되고 있습니다.

●동합금 분말

열 및 전기 전도성이 우수하여 열 관리 응용 분야에서 열 전도성이 우수한 구리는 설계 자유도와 결합하여 복잡한 내부 구조 및 등각 냉각 채널을 생성할 수 있습니다.

●티타늄 합금 분말

항공 우주 분야에서 널리 사용되며 3D 인쇄의 장점을 사용하여 원래의 솔리드 본체를 복잡하고 합리적인 구조로 교체하는 등 제품 설계를 최적화하여 완제품이 더 낮은 무게와 더 나은 기계적 특성을 갖도록 합니다. 이를 통해 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 각 부품의 경량화를 달성할 수 있습니다.

●니켈 합금 분말

니켈 합금의 내산화성 및 내식성은 고온 고압의 가혹한 환경에 적합합니다. 니켈 합금이 가열되면 합금 표면에 두껍고 안정적인 산화물 층이 보호되어 합금 내부를 부식으로부터 보호합니다. 넓은 온도 범위에서 우수한 기계적 특성이 유지됩니다.

분말 재료가 3D 프린팅에 사용되는 방법

3D 모델 데이터로 제어되는 고에너지 레이저 빔은 금속 매트릭스를 국부적으로 녹이는 데 사용되는 반면, 소결은 분말 금속 재료를 응고시키고 자동으로 층별로 적층하여 조밀한 기하학적 고체 부품을 생성합니다.

3D 프린팅 금속 분말을 생산하는 방법

금속 분말 제조는 분말 야금의 기본적인 측면입니다. 금속 분말을 제조하는 데 사용되는 다양한 방법에는 환원, 전기분해, 카르보닐 분해, 분쇄 및 분무가 있습니다.

금속 분말을 생산하는 데 가장 널리 사용되는 네 가지 방법은 고체 상태 환원, 전기 분해, 화학 및 분무입니다.

대부분의 제조업체는 금속 원소 분말을 생산하기 위해 전기 분해 및 환원 방법을 사용합니다. 그러나 그들은 합금 분말의 생산에 적합하지 않습니다. 그러나 분무화 방법은 이러한 한계를 극복하는 경향이 있어 제조업체에서는 이를 합금 분말 생산에 사용합니다.

전기분해는 분말 금속을 생산하는 데 사용되는 또 다른 방법입니다. 적절한 전해질 조성, 온도, 농도 및 전류 밀도를 선택하여 다양한 금속을 스폰지 또는 분말로 증착할 수 있습니다. 이것은 세척, 건조, 환원, 소둔 및 분쇄가 뒤따를 수 있습니다. 이 방법은 매우 높은 순도의 금속 분말을 생산합니다. 기본적으로 높은 에너지 요구 사항으로 인해 전도성이 높은 구리 분말에 사용됩니다.

원자화법은 용탕을 기계적 방법으로 150㎛ 이하의 입자로 분쇄하는 방법을 말한다. 용탕을 파쇄하는 방법에 따라 미립화 방법에는 2류 미립화, 원심 미립화, 초음파 미립화, 진공 미립화 등이 있습니다. 이러한 미립화 방법에는 고유한 특성이 있으며 산업 생산에 성공적으로 사용되었습니다. 그 중 수증기 분무법은 생산 설비 및 공정이 간단하고 에너지 소비가 적고 배치 크기가 큰 장점이 있어 주요 금속 분말이 되었습니다. 산업 생산 방법.

금속 분말에 대한 3D 프린팅 성능 요구 사항

1. 순도

세라믹 개재물은 최종 부품의 성능을 현저히 저하시키며, 이러한 개재물은 일반적으로 융점이 높고 소결이 어렵기 때문에 분말에 세라믹 개재물이 없어야 합니다. 또한 산소 및 질소 함량도 엄격하게 제어해야 합니다. 현재 금속 3D 프린팅을 위한 분말 준비 기술은 주로 분무 방법을 기반으로 합니다. 분말은 비표면적이 크고 산화되기 쉽습니다. 항공 우주와 같은 특수 응용 분야에서 고객은 초합금과 같은 이 지수에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다. 분말의 산소 함량은 0입니다.006% -0.018 퍼센트, 티타늄 합금 분말의 산소 함량은 0.007퍼센트 -0.013퍼센트이고, 스테인리스 스틸 분말의 산소 함량은 0.010퍼센트 -0.025퍼센트입니다.

2. 분말 유동성 및 부피 밀도

분말 유동성은 인쇄 공정 중 분말 퍼짐의 균일성과 분말 공급 공정의 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 유동성은 분말 형태, 입자 크기 분포 및 부피 밀도와 관련이 있습니다. 미세 분말의 비율이 작을수록 유동성이 좋습니다. 입자 밀도는 변하지 않고 상대 밀도가 증가하며 분말 유동성이 증가합니다. 또한 입자 표면에 물, 가스 등이 흡착되어 분말 유동성이 감소합니다.

3. 분말 입도 분포

3D 프린팅 장비와 성형 공정에 따라 분말 입자 크기 분포에 대한 요구 사항이 다릅니다. 현재 금속 3D 프린팅에 일반적으로 사용되는 분말 입자 크기 범위는 15-53μm(미세 분말) 및 53-105μm(거친 분말)입니다. 3D 인쇄를 위한 금속 분말 입자 크기의 선택은 주로 다른 에너지원을 가진 금속 프린터에 따라 에너지원으로 레이저를 사용하는 프린터가 15-53μm 분말을 소모품으로 사용하는 데 적합합니다. 그 이유는 초점이 미세하고 쉽게 녹기 때문입니다. 미세 분말. 분말 공급 방법은 층별 분말 코팅입니다. 에너지 원으로 전자빔을 사용하는 분말 확산 프린터는 약간 두꺼운 초점 스폿을 가지고있어 거친 분말을 녹이는 데 더 적합하고 53-105 μm의 거친 분말을 사용하는 데 적합합니다. 동축 분말 급지식 프린터의 경우 입자 크기가 105-150 μm인 경우 분말을 소모품으로 사용할 수 있습니다.

4. 분말 형태

분말 형태는 분말 제조 방법과 밀접한 관련이 있습니다. 일반적으로 금속 가스나 용융액이 분말로 변할 때 분말 입자의 모양은 구형이 되는 경향이 있다. 이 방법으로 제조된 대부분의 분말은 수지상입니다. 일반적으로 구형도가 높을수록 분말 입자의 유동성이 좋습니다. 3D프린팅 금속분말은 98% 이상의 비구면도를 필요로 하기 때문에 프린팅시 파우더 퍼짐과 파우더 공급이 용이하다.

3D 금속 분말 인쇄의 중요성

금속 분말은 3D 프린팅을 더 빠르게 만들고 신속한 프로토타이핑을 가능하게 합니다. 제조업체는 설계를 보다 효율적으로 수정할 수도 있습니다. 이 방법은 금속 3D 프린터가 원하는 부품을 만드는 데 필요한 양의 재료만 사용하기 때문에 비용 효율적입니다. 복잡한 기계 부품의 설계를 쉽게 만들고 "불가능한" 기계 부품의 생산을 가능하게 합니다.