Качество металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере, зависит от порошка

Качество металлического порошка, используемого в качестве сырья, во многом определяет качество конечного продукта. В целом, чистота, морфология и распределение размеров частиц порошка являются ключевыми факторами, ограничивающими производительность формования деталей.

Морфология порошка напрямую влияет на насыпную плотность и текучесть, что, в свою очередь, влияет на процесс подачи и распределения порошка, а также на конечные характеристики деталей. В аддитивном производстве методом плавления в порошковой среде механизм распределения порошка равномерно распределяет частицы порошка в зоне формования, а хорошая текучесть является ключом к получению равномерного и плоского слоя порошка. Сферические и близкие к сферическим порошки обладают хорошей текучестью, высокой насыпной плотностью, высокой плотностью и однородной структурой и являются предпочтительным сырьем для аддитивного производства методом плавления в порошковой среде.

Однако наличие полых и сателлитных частиц в сферических и близких к сферическим порошках снижает конечные характеристики деталей. В порошках с размером частиц более 70 мкм преобладают полые частицы, что приводит к появлению трудноустранимых дефектов, таких как поры, в формованных деталях; наличие примесей в порошке снижает текучесть порошка и препятствует равномерному накоплению порошка при нанесении сплошных слоев порошка, что приводит к дефектам деталей. Поэтому металлические порошки для аддитивного производства методом плавления в слое порошка должны быть максимально малы по содержанию полых частиц и примесей в исходном порошке.

Распределение размеров частиц порошка используется для характеристики состава и изменения частиц с различными размерами в системе частиц порошка и является важным параметром, используемым для описания характеристик частиц порошка.

Размер частиц порошка напрямую влияет на качество нанесения порошка, скорость и точность формования, а также на организационную однородность процесса аддитивного производства. Для различных процессов выбранный размер частиц порошка различен. Как правило, технология селективного лазерного плавления (SLM) выбирает порошки с размером частиц 15–45 мкм, а технология селективного электронно-лучевого плавления (SEBM) – с размером частиц 45–106 мкм.

С точки зрения термодинамики и кинетики, чем меньше частицы порошка, тем больше их удельная поверхность и тем выше движущая сила спекания, то есть мелкие частицы порошка способствуют формованию деталей. Однако порошки со слишком мелкими частицами приводят к снижению текучести, насыпной плотности и электропроводности порошка, ухудшают формуемость порошка, а также склонны к сфероидизации в процессе печати. Слишком крупный размер частиц порошка снижает его спекаемость, равномерность распределения и точность формования.

Таким образом, в соответствии с требованиями к характеристикам конечных деталей, крупнозернистый и мелкозернистый порошок должным образом подбираются для улучшения насыпной плотности и текучести порошков, что благоприятствует аддитивному производству методом лазерной наплавки порошков. Исследователи полагают, что в общем диапазоне размеров частиц процесса лазерной наплавки порошков использование более широкого распределения размеров частиц может улучшить заполнение мелких частиц в промежутках между крупными частицами и повысить плотность порошкового слоя в процессе укладки порошка.

Согласно текущему статусу исследований влияния изменений характеристик порошка на качество формования, изменения размера порошка, морфологии и состояния поверхности влияют на распределение порошка и качество формования порошка. С точки зрения плотности формования, разумное распределение размеров частиц, более высокая сферичность и сниженная когезия между частицами могут улучшить насыпную плотность и качество распределения порошка, дополнительно уменьшить количество пор и непроплавленных дефектов в формуемом образце и повысить плотность формования.