Prášok na výrobu aditív vyzerá z diaľky jednoducho: jemné kovové častice, násypka, stavebná doska a hotový diel. Z blízka ide o starostlivo kontrolovaný inžiniersky materiál. Tvar častíc, distribúcia veľkosti, obsah kyslíka, chémia a konzistencia medzi jednotlivými šaržami ovplyvňujú to, či stavba prebehne hladko alebo sa zmení na nákladný experiment.
Pri našej práci so zliatinovými práškami a povrchovým inžinierstvom sú najužitočnejšie rozhovory len zriedka o jednom „najlepšom“ prášku. Týkajú sa toho: čo proces potrebuje, čo musí diel prežiť a čo môže dodávateľ prášku opakovane dodať. Ak chcete širšie osvieženie typov a výberu zliatinových práškov, naše sprievodca zliatinového prášku prechádza základmi. Tento článok zostáva bližšie ku každodenným otázkam: čo má prášok robiť v tlačiarni, prečo sa dva prášky s rovnakou chémiou môžu správať odlišne a ako si vybrať triedu bez toho, aby ste ju príliš špecifikovali.
Čo robí dobrý prášok na výrobu aditív?
Dobrý prášok na výrobu aditív musí robiť viac, než len niesť správne chemické zloženie. Pri fúzii laserového práškového lôžka alebo tavení elektrónovým lúčom pretierač nanáša tenkú vrstvu cez stavebnú plochu. Táto vrstva musí byť jednotná, voľne zabalená a bez aglomerátov. Prášok potom absorbuje energiu, topí sa a rýchlo tuhne. Akákoľvek nekonzistentnosť vo vrstve sa môže stať pórovitosťou, nedostatkom fúzie alebo povrchovým defektom.
Preto špecifikácia prášku nie je len chemický certifikát. Spája kvalitu zliatiny, distribúciu veľkosti častíc, morfológiu, zdanlivú hustotu, hustotu po strasení, správanie toku, obsah kyslíka, vlhkosť a kontrolu kontaminácie. Prášok, ktorý funguje dobre v nanášacom horáku, môže byť nevhodný pre jemnovrstvovú tlačiareň a prášok, ktorý tlačí krásne v jednom stroji, môže zápasiť v inom s iným prelakovačom, laserovým bodom alebo hrúbkou vrstvy.
Ako sa vyrábajú kovové prášky na aditívnu výrobu
Väčšina kovových práškov na aditívnu výrobu začína tavením a atomizáciou. Atomizácia plynu je bežná pre vysokohodnotné a reaktívne zliatiny, pretože môže produkovať zaoblené častice s kontrolovanou chémiou povrchu, hoci výsledok stále závisí od konštrukcie trysky, prietoku plynu, prehriatia taveniny a rýchlosti ochladzovania. Rozprašovanie vody je často ekonomickejšie a má tendenciu vytvárať nepravidelné častice; tie môžu vyhovovať tryskaniu spojiva, lisovaniu alebo iným spôsobom, kde sa požiadavky na prietok a balenie líšia. Plazmová sféroidizácia môže zaobliť nepravidelnú surovinu, ale zvyšuje náklady a je zvyčajne vyhradená pre prípady, keď na morfológii záleží dostatočne na to, aby to odôvodňovalo.
Spôsob výroby formuje osobnosť prášku. Plynom atomizovaný prášok má často dobrý prietok a vysokú hustotu, ale môže obsahovať satelitné častice a jemné častice, ktoré si vyžadujú kontrolu. Vodou atomizovaný prášok môže mať drsnejší povrch a vyšší príjem kyslíka. Ide o to, aby sme metódy nehodnotili abstraktne. Pri finálnej časti záleží na spôsobe výroby prášku, ktorý zodpovedá procesu, zliatine a akceptačným kritériám.
Hlavné skupiny práškových zliatin
Rôzne rodiny zliatin riešia rôzne problémy. Nižšie uvedené rýchle porovnanie je východiskovým bodom pre technické diskusie, nie náhradou kvalifikačného testovania.
| Prášková rodina | Typické silné stránky | Bežný smer použitia | Výberové hliadky |
|---|---|---|---|
| Na báze niklu a nikel-kobaltu | Odolnosť proti korózii, pevnosť pri vysokej teplote, dobrá húževnatosť v mnohých stupňoch | Časti horúcej sekcie, chemické zariadenia, ochrana proti opotrebovaniu a korózii | Kontrola kyslíka, citlivosť na praskanie, konzistencia chémie |
| Na báze kobaltu | Odolnosť proti opotrebeniu, tvrdosť za tepla, odolnosť proti korózii | Časti ventilov, komponenty čerpadla, tvrdé návary, povrchy náchylné na opotrebovanie | Rovnováha uhlíka a boridu, ťažnosť, odozva obrábania |
| Na báze železa a ocele | Cenovo výhodný, široký rozsah vlastností, užitočná kaliteľnosť | Priemyselné diely, nástroje, opravy, konštrukčné komponenty | Kontrola uhlíka, odber kyslíka, skreslenie po spracovaní |
| Na báze medi | Vysoká tepelná a elektrická vodivosť | Teplonosné diely, elektrické kontakty, indukčné komponenty | Laserová odrazivosť, procesné okno, riziko pórovitosti |
| Titán a hliník | Nízka hustota, odolnosť proti korózii, dobrý pomer pevnosti a hmotnosti | Ľahké konštrukcie, letecké, medicínske a dopravné diely | Reaktivita, kontrola oxidov, bezpečnosť pri manipulácii s práškom |
| Karbidom vystužené prášky | Vysoká tvrdosť a odolnosť proti oderu | Opotrebiteľné diely, rezné a vŕtacie plochy, ochranné vrstvy | Rovnomernosť výstuže, kompromis v húževnatosti, kompatibilita procesov |
Prášky na báze niklu sú často prvou voľbou, keď súčiastka musí kombinovať tepelnú odolnosť s odolnosťou proti korózii. Niklo-kobaltové triedy smerujú k vyššej teplote alebo náročnejšej prevádzke, ale tiež si vyžadujú viac z procesného okna. Kovový prášok na báze niklu môže byť praktickým východiskovým bodom pre výrobu aditív aj pokročilú povrchovú prácu za predpokladu, že trieda, veľkosť rezu a hladina kyslíka sú dohodnuté v porovnaní so skutočným procesom.
Kovové prášky na báze niklu na naváranie a aditívnu výrobu Práškové zliatiny s niklovou matricou s voliteľnou tvrdosťou a odolnosťou proti korózii pre naváranie, tepelné striekanie, plátovanie, práškovú metalurgiu a 3D tlač. Zobraziť produkt → Prášky na báze kobaltu sú iným druhom nástroja. Ide im menej o štruktúru na všeobecné použitie a viac o opotrebovanie, tvrdosť za tepla a odolnosť voči agresívnemu kontaktu. V praxi to znamená, že sú relevantné pre ventilové sedlá, časti čerpadla, tvrdé návary a iné povrchy, kde je oder nepriateľom. Rovnováha medzi uhlíkom, karbidovými formami a húževnatosťou matrice je dôležitá, najmä ak je možné použiť rovnakú zliatinu na tlačený diel a na povlak.
Prášky zliatiny na báze kobaltu pre opotrebenie a služby pri vysokých teplotách Prášky z tvrdej zliatiny s dominantným kobaltom s Cr a W pre ventilové sedlá, vytláčacie matrice a prekrytia vyžadujúce odolnosť proti opotrebovaniu, korózii a oxidácii pri vysokej teplote. Zobraziť produkt → Prášky na báze železa ponúkajú široký rozsah vlastností a často priaznivejšiu nákladovú pozíciu. Prášky na báze medi sú atraktívne pre tepelné a elektrické úlohy, ale ich odrazivosť a tepelná vodivosť môžu spôsobiť, že laserové spracovanie bude menej zhovievavé. Titánové a hliníkové prášky vyžadujú starostlivú atmosféru a manipuláciu kvôli reaktivite a citlivosti na oxidy. Žiadna z týchto rodín nie je všeobecne „lepšia“; správna voľba sa riadi režimom zlyhania, ktorému sa snažíte zabrániť.
Vlastnosti prášku, ktoré formujú kvalitu tlače
Keď zostava zlyhá, prášok nie je vždy príčinou, ale často je súčasťou príbehu. Toto sú vlastnosti, ktoré stojí za preskúmanie pred skúšobným alebo produkčným vydaním:
- Distribúcia veľkosti častíc: Jemné častice môžu zlepšiť detaily povrchu, ale zvýšiť obtiažnosť prúdenia a absorpciu kyslíka. Hrubé rezy sa môžu dobre šíriť, ale môžu znížiť rozlíšenie alebo účinnosť tavenia.
- Morfológia: Zaoblené častice zvyčajne lepšie prúdia a balia. Nepravidelné častice môžu byť užitočné v iných procesoch, ale môžu sa premosťovať alebo šíriť nerovnomerne v systéme pretierača.
- Prietok a hustota balenia: Dobrý tok pomáha vytvoriť rovnomernú vrstvu. Zdanlivá hustota a hustota po poklepaní ovplyvňujú, koľko materiálu je k dispozícii v danom objeme vrstvy.
- Kyslík a vlhkosť: Oba môžu ovplyvniť zmáčanie, pórovitosť a konečnú chémiu. Prijateľný limit závisí od zliatiny a procesu, preto by sa nemalo všade používať jednotné číslo.
- Satelity a aglomeráty: Malé častice zlúčené s väčšími môžu rušiť šírenie a vytvárať lokálne defekty. Ich prítomnosť by sa mala merať, nie posudzovať iba okom.
- Kontaminácia a sledovateľnosť: Prášok by mal byť vysledovateľný podľa šarže, mal by byť správne skladovaný a mal by byť skontrolovaný na prítomnosť cudzieho materiálu. Dobrá dokumentácia je súčasťou výkonu materiálu.
Zodpovedajúci prášok k procesu
Laserová prášková fúzia zvyčajne vyžaduje relatívne jemný rez, často v rozsahu 15–45 µm v závislosti od stroja a hrúbky vrstvy. Tavenie elektrónovým lúčom má tendenciu používať hrubší prášok, pretože proces a vákuové prostredie sa správajú odlišne. Usmernené nanášanie energie často používa širší rez, niekedy okolo 45–150 µm, pretože prášok sa skôr privádza cez dýzu, než aby sa šíril ako tenké lôžko. Tryskanie spojiva môže opäť tolerovať odlišnú morfológiu a distribúciu veľkosti. Tieto rozsahy sú východiskovými bodmi, nie univerzálnymi špecifikáciami.
Aj tu môže byť terminológia zavádzajúca. Laserový povlakový prášok nie je automaticky aditívnym výrobným práškom pre stroj s práškovým lôžkom. Oba procesy zdieľajú záujem o čistý, tekutý prášok, ale nevyžadujú rovnaký rez častíc alebo rovnaké správanie pri tavení. Pri usmernenom ukladaní energie a laserovom plátovaní často záleží na konzistentnej podávateľnosti a stabilnom správaní sa v kúpeli taveniny viac ako na najjemnejšej možnej veľkosti častíc.
Laserové povlakové prášky pre povrchové vrstvy odolné voči opotrebovaniu Zliatinové prášky na báze niklu, kobaltu a železa preosievané na laserové plátovanie, ktoré ponúkajú husté vrstvy s nízkym riedením pre hriadele, ventily, skrutky a opotrebované povrchy. Zobraziť produkt → Užitočným pravidlom je kvalifikovať prášok podľa procesu, nie podľa samotnej katalógovej stránky. Vytvorte malú testovaciu matricu, skontrolujte prášok pred a po použití a porovnajte výsledky s požiadavkami na diel. Ak trieda pracuje v nanášacej horáku, ale nie v tlačiarni, nie je to v rozpore. Je to dôkaz, že procesné okno, nielen chémia, robí svoju prácu.
Opätovné použitie, manipulácia a kontrola kvality
Opätovné použitie prášku je bežné v aditívnej výrobe, ale nie je to jednoduché rozhodnutie „doplniť a pokračovať“. Opakovaná tepelná expozícia a manipulácia môže zmeniť distribúciu veľkosti častíc, obsah kyslíka, morfológiu a tokové správanie. Niektoré zliatiny dobre znášajú opätovné použitie v rámci overeného okna; iné potrebujú prísnejšie limity alebo častejšie obnovovanie. Správny prístup je zmerať, čo sa zmení, a nastaviť limit, ktorý chráni diel, a nie spoliehať sa na pevný počet cyklov, ktoré nemusia vyhovovať operácii.
Na manipulácii záleží rovnako. Zachytenie vlhkosti, krížová kontaminácia, nesprávne preosievanie a zlé skladovanie môžu zrušiť dobrú vstupnú špecifikáciu. Praktický plán kvality zvyčajne zahŕňa kontroly vstupných šarží, kontroly skladovania, záznamy o sitách a zmesiach, pravidelné odbery vzoriek a jasné rozhodnutie o tom, kedy prášok už nie je vhodný pre zamýšľanú stavbu. Tieto kroky nie sú byrokraciou; sú to, ako dodávateľ prášku a výrobca chránia proces pred unášaním.
Praktický kontrolný zoznam výberu
Predtým, ako požiadate o cenovú ponuku alebo sa zaviažete k spusteniu produkcie, pomôže vám uviesť aplikáciu do zrozumiteľného jazyka. Nižšie uvedený kontrolný zoznam je dobrým miestom, kde začať:
- Definujte dominantný spôsob poruchy: opotrebovanie, korózia, teplo, únava, vodivosť alebo kombinácia.
- Potvrďte proces a stroj, vrátane hrúbky vrstvy, typu pretierača a atmosféry.
- Ak je to možné, špecifikujte triedu zliatiny podľa normy a uveďte všetky vlastnosti, ktoré nemožno ohroziť.
- Dohodnite sa na distribúcii veľkosti častíc a skúšobnej metóde, nielen na nominálnom rozsahu.
- Nastavte limity pre kyslík, vlhkosť, prietok a kontamináciu na základe rizika procesu a dielu.
- Opýtajte sa, ako sa bude riešiť vysledovateľnosť, balenie a skladovanie.
- Naplánujte si kvalifikačnú zostavu s dostatočným množstvom inšpekcií, aby ste odhalili problémy so šírením, pórovitosťou a chémiou.
- Rozhodnite sa o politike opätovného použitia pred začatím výroby vrátane frekvencie vzorkovania a pravidiel obnovovania.
Od špecifikácie prášku až po realitu výroby
Náš tím pracuje z materiálnej stránky tohto problému. Vyrábame zliatinové prášky, aplikujeme procesy povrchovej úpravy a plátovania a vyrábame diely odolné proti opotrebovaniu, ako sú valčeky, hriadele a puzdrá. Táto kombinácia je užitočná, pretože správanie prášku sa nezastaví v násypke. Pokračuje podávaním, tavením, lepením, konečnou úpravou a servisom. Známka, ktorá na vysvedčení vyzerá dobre, musí ešte prežiť skutočný proces.
Táto skúsenosť nenahrádza vlastnú kvalifikačnú prácu zákazníka a ani by nemala. Pomáha to skrátiť rozhovor. Namiesto toho, aby sme sa pýtali len na „prášok na aditívnu výrobu“, môžeme spoločne diskutovať o zliatine, reze častíc, limite kyslíka, procese a spôsobe zlyhania. Tu zvyčajne začína praktická špecifikácia: nie čo najširším nárokom, ale jasným pochopením toho, čo musí prášok robiť, ako sa s ním bude zaobchádzať a aké dôkazy preukážu, že je pripravený na výrobu.
