La calidad de las piezas metálicas impresas en 3D depende del polvo.
Como materia prima, la calidad del polvo metálico determina en gran medida la calidad del producto final. En general, la limpieza, la morfología y la distribución granulométrica del polvo son factores clave que limitan el rendimiento del conformado de las piezas.
La morfología del polvo afecta directamente la densidad aparente y la fluidez, lo que a su vez afecta el proceso de alimentación y distribución del polvo, así como el rendimiento final de las piezas. En la fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo, el mecanismo de distribución del polvo distribuye las partículas de manera uniforme en el área de conformado, y una buena fluidez es clave para obtener un lecho de polvo uniforme y plano. Los polvos esféricos y casi esféricos presentan buena fluidez, alta densidad aparente, alta densidad y estructura uniforme, y son la materia prima preferida para la fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo.
Sin embargo, si los polvos esféricos y casi esféricos contienen polvo hueco y polvo satélite, el rendimiento final de las piezas se verá reducido. El polvo hueco representa una mayor proporción en polvos con un tamaño de partícula superior a 70 µm, lo que provoca defectos como poros difíciles de eliminar en las piezas conformadas. El polvo satélite reduce su fluidez y dificulta su acumulación uniforme durante la distribución de capas continuas, causando defectos en las piezas. Por lo tanto, los polvos metálicos para la fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo deben minimizar la proporción de polvo hueco y polvo satélite en las materias primas.
La distribución del tamaño de partícula del polvo se utiliza para caracterizar la composición y los cambios de partículas con diferentes tamaños en el sistema de partículas de polvo, y es un parámetro importante para describir las características de las partículas de polvo.
El tamaño de partícula del polvo afecta directamente la calidad de distribución, la velocidad y la precisión del conformado, y la uniformidad organizativa del proceso de fabricación aditiva. El tamaño de partícula seleccionado varía según el proceso. En general, la tecnología de fusión selectiva por láser (SLM) selecciona polvos con un tamaño de partícula de 15 a 45 µm, mientras que la tecnología de fusión selectiva por haz de electrones (SEBM) selecciona polvos con un tamaño de partícula de 45 a 106 µm.
Desde la perspectiva termodinámica y cinética, cuanto más pequeñas sean las partículas de polvo, mayor será su área superficial específica y mayor será la fuerza impulsora de sinterización. Es decir, las partículas de polvo pequeñas favorecen el conformado de piezas. Sin embargo, los polvos con partículas demasiado finas reducirán su fluidez, densidad y conductividad eléctrica, y su conformabilidad se deteriorará, además de ser propensos a la esferoidización durante el proceso de impresión. Un tamaño de partícula demasiado grueso reducirá la actividad de sinterización, la uniformidad de la distribución y la precisión del conformado.
Por lo tanto, según los requisitos de rendimiento de las piezas finales, la combinación de polvos gruesos y finos mejora la densidad aparente y la fluidez, lo que favorece la fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo. Los investigadores consideran que, dentro del rango general de tamaño de partícula del proceso de fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo láser, una distribución más amplia del tamaño de partícula puede aumentar la capacidad de relleno de partículas pequeñas en los espacios entre partículas grandes y mejorar la densidad del lecho de polvo durante el proceso de aplicación.
Según el estado actual de la investigación sobre la influencia de los cambios en las características del polvo en la calidad del conformado, los cambios en el tamaño, la morfología y el estado de la superficie del polvo afectan su dispersión y calidad de conformado. En cuanto a la densidad de conformado, una distribución adecuada del tamaño de partícula, una mayor esfericidad y una menor cohesión entre las partículas pueden mejorar la densidad de holgura y la calidad de la dispersión del polvo, reducir aún más el número de poros y defectos no fusionados en la muestra de conformado y mejorar la densidad de conformado.