Comment la forme des particules de la poudre métallique affecte-t-elle l'effet d'impression?

一, les types de formes de particules de poudre métallique et comment elles se forment
La forme des particules de poudre métallique est principalement influencée par la façon dont elles sont fabriquées. Certaines formes fréquentes sont sphériques, presque sphériques, polygonales, poreuses et dendritiques.
Sphérique ou presque sphérique: l'atomisation du gaz (GA) et l'atomisation de l'électrode rotative du plasma (PREP) ont rendu les particules lisses et leur ont donné une sphéricité de plus de 98%. La poudre sphérique a la moindre énergie de surface, donc elle ne reste pas ensemble aussi facilement pendant l'impression, ce qui en fait le plus grand pour la fluidité.
Polygone / irrégulier: fabriqué en décomposant l'eau ou en utilisant une approche mécanique, avec des arêtes vives et une surface rugueuse. Ce type de poudre ne coule pas très bien, mais sa densité en vrac pourrait être meilleure que celle de la poudre sphérique, car les particules s'assemblent plus étroitement.
Poudre qui provient de satellites et de la poudre creux: lors de l'aérosolisation, des gouttelettes qui ne sont à moitié formées sont en collision pour générer de la "poudre satellite", qui est composée de petites particules qui collent à la surface des particules plus grandes. La "poudre creux" est constituée de gaz piégé à l'intérieur de la gouttelette et ne partit pas complètement. Ces deux problèmes rendront beaucoup plus difficile pour la poudre de s'écouler et d'imprimer.
2, la principale façon dont la forme des particules affecte la technique d'impression
1. La capacité de répandre la poudre uniformément et la quantité de liquide
La clé pour s'assurer que l'épaisseur de la couche de poudre est même de s'assurer que la poudre s'écoule bien. Les poudres sphériques ont une surface lisse et peu de friction entre les particules. L'angle de repos (une mesure de la fluidité) peut être aussi faible que 25 degrés ou moins. Les poudres polygonales, en revanche, peuvent avoir un angle de repos de plus de 40 degrés. Les tests ont montré que lors de l'utilisation d'un équipement SLM avec de la poudre d'alliage de titane sphérique (TI6AL4V), l'écart type de l'épaisseur de la couche de poudre peut être maintenu à moins de ± 2 μm. Cependant, lors de l'utilisation de la poudre polygonale, l'erreur de poudre peut atteindre ± 8 μm, ce qui rend la rugosité de surface (valeur RA) de la partie imprimée 40% plus élevée.
2. La stabilité et la densification de la piscine de fonte
La forme des particules affecte la densité des éléments imprimés en modifiant le mouvement du pool de fonte. Lorsque la poudre sphérique est fondu avec un laser, la tension de surface du métal liquide est la même partout, créant une piscine de fusion continue et continue qui réduit la porosité et les fissures. Par exemple, les objets imprimés SLM fabriqués avec de la poudre sphérique peuvent avoir une densité de 99,9% lorsqu'ils sont fabriqués avec un alliage basé sur Inconel 718 -. La poudre polygonale, en revanche, a une grande zone de contact entre les particules, ce qui facilite la "sphéroïdisation" que le métal fond et se rétrécit en une sphère pour abaisser l'énergie de surface. Cela réduit la densité à moins de 98,5%.
3. Force de la liaison intercouche et du stress résiduel
Les particules irrégulières peuvent générer des structures de verrouillage mécaniques lorsque la poudre est étalée, ce qui devrait rendre l'adhésion intercouche plus forte en théorie. Mais les arêtes vives des poudres polygonales peuvent provoquer une accumulation de contrainte pendant la fusion, ce qui fait monter la contrainte résiduelle à l'intérieur de l'élément imprimé. Des études indiquent que les composants imprimés fabriqués à partir de poudre en acier inoxydable polygonal 316L ont une contrainte résiduelle de 25% de plus que celle de la poudre sphérique, ce qui les rend plus susceptibles de déformation et de fracture pendant le traitement thermique ultérieur.
4. recycler la poudre et économiser de l'argent
La poudre sphérique s'écoule en douceur et peut être utilisée plus de 10 fois sans perdre plus de 5% de ses performances, ce qui le rend bon pour la production de grande échelle -. Les poudres polyangulaires ont tendance à faire de la poudre fine lorsque les particules se brisent lors d'une utilisation répétée, ce qui aggrave encore la fluidité. Par exemple, lorsqu'un certain fabricant de pièces d'aviation utilise de la poudre polygonale, il doit filtrer 15% supplémentaires de la poudre de déchets pour chaque lot d'impression. Lorsqu'ils utilisent la poudre sphérique, le taux de poudre de déchets est inférieur à 5%.
3, cas d'utilisation courants et tests de performance
1. Field aérospatial: faire des lames de turbine
GE Aviation employed spherical TC4 titanium alloy powder (sphericity>99%) fabriqués à l'aide du processus de préparation pour Imprimer les lames de turbine pour le moteur Leap. Cela a rendu la surface des lames plus lisse (de RA 10 μm à RA 3 μm) et les a fait durer deux fois plus longtemps que des pièces forgées typiques. La poudre polygonale fabriquée par l'approche d'atomisation de l'eau, en revanche, est tombée en panne trop tôt dans des tests de température élevés - parce que la poudre se dispersait de manière inégale, laissant des lacunes avec un diamètre de plus de 50 μm à l'intérieur des feuilles.
2. Implants médicaux: une articulation de la hanche faite juste pour vous
La tasse de joint de hanche imprimée 3D de Johnson & Johnson est en poudre d'alliage cocrmo sphérique, qui a un coefficient de frottement faible (0,15) et une structure tissulaire cohérente. Cela rend la fixation entre l'implant et le tissu osseux à 30% plus fort. Mais parce qu'ils sont rugueux à l'extérieur, les particules polygonales sont plus susceptibles de provoquer une inflammation et d'avoir un taux de réparation clinique de 15% plus élevé que celui des poudres sphériques.
3. Faire des moules: canal de refroidissement conforme
Dans l'impression SLM de l'acier à moule (H13), la poudre sphérique peut faire des choses avec une grande précision et un diamètre de canal d'au moins 0,8 mm, ce qui rend le refroidissement 40% plus efficace. Parce que les poudres polygonales ne coulent pas bien, ils peuvent obstruer le système d'alimentation en poudre tout en imprimant des canaux d'écoulement complexes, ce qui réduit le taux de rendement à moins de 60%.