금속 3D 프린팅 부품의 품질은 분말에 따라 달라집니다.

금속 분말의 원료로서 품질은 최종 제품의 품질을 크게 좌우합니다. 일반적으로 분말의 청결도, 형태 및 입자 크기 분포는 부품의 성형 성능을 좌우하는 핵심 요소입니다.

분말의 형태는 겉보기 밀도와 유동성에 직접적인 영향을 미치며, 이는 다시 분말 공급 및 분산 공정과 부품의 최종 성능에 영향을 미칩니다. 분말 베드 융합 적층 제조(PBF)에서 분말 분산 메커니즘은 성형 영역에 분말 입자를 고르게 분산시키며, 우수한 유동성은 균일하고 평평한 분말 베드를 얻는 데 핵심적인 요소입니다. 구형 및 구형에 가까운 분말은 유동성이 우수하고 겉보기 밀도와 밀도가 높으며 구조가 균일하여 분말 베드 융합 적층 제조에 적합한 원료 분말입니다.

그러나 구형 및 구형에 가까운 분말에 중공 분말과 위성 분말이 존재하는 경우 부품의 최종 성능이 저하됩니다. 중공 분말은 입자 크기가 70µm를 초과하는 분말에서 더 높은 비율을 차지하며, 이는 성형된 부품에 기공과 같은 결함을 발생시켜 제거하기 어렵게 만듭니다. 위성 분말은 분말의 유동성을 감소시키고 연속적인 분말 층을 도포하는 동안 분말의 균일한 축적을 방해하여 부품 결함을 유발합니다. 따라서 분말 베드 융합 적층 제조용 금속 분말은 분말 원료에서 중공 분말과 위성 분말의 비율을 최소화해야 합니다.

분말 입자 크기 분포는 분말 입자 시스템에서 다양한 입자 크기를 가진 입자의 구성 및 변화를 특성화하는 데 사용되며, 분말 입자의 특성을 설명하는 데 사용되는 중요한 매개변수입니다.

분말의 입자 크기는 적층 제조 공정의 분말 도포 품질, 성형 속도, 성형 정확도 및 조직 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다. 공정에 따라 선택된 분말 입자 크기는 다릅니다. 일반적으로 레이저 선택적 용융 기술(SLM)은 입자 크기가 15~45µm인 분말을 선택하고, 전자빔 선택적 용융 기술(SEBM)은 입자 크기가 45~106µm인 분말을 선택합니다.

열역학 및 동역학 관점에서 볼 때, 분말 입자가 작을수록 비표면적이 커지고 소결 추진력이 커집니다. 즉, 작은 분말 입자는 부품 성형에 유리합니다. 그러나 입자가 너무 미세하면 유동성, 밀도, 전기 전도성이 저하되고, 성형성이 저하되며, 인쇄 공정에서 구형화가 발생하기 쉽습니다. 분말 입자 크기가 너무 거칠면 소결 활성, 분말 확산 균일성, 성형 정확도가 저하됩니다.

따라서 최종 부품의 성능 요구 사항에 따라 거친 분말과 미세 분말을 적절히 배합하여 분말의 겉보기 밀도와 유동성을 향상시키고, 이는 분말 베드 융합 적층 제조에 유리합니다. 연구진은 레이저 분말 베드 융합 적층 제조 공정의 일반적인 입자 크기 범위에서 더 넓은 입자 크기 분포를 사용하면 작은 입자가 큰 입자 사이의 틈새에 더 많이 채워지고 분말 적층 공정에서 분말 베드 밀도를 향상시킬 수 있다고 생각합니다.

분말 특성 변화가 성형 품질에 미치는 영향에 대한 현재 연구 현황을 살펴보면, 분말 크기, 형태 및 표면 상태의 변화는 분말의 분산 및 성형 품질에 영향을 미칩니다. 성형 밀도 측면에서, 적절한 입자 크기 분포, 더 높은 구형도, 그리고 입자 간 응집력 감소는 분말의 느슨한 밀도 및 분말 분산 품질을 개선하고, 성형 시편의 기공 및 미융착 결함 수를 더욱 줄이며, 성형 밀도를 향상시킬 수 있습니다.