Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Металлический порошок для 3D печати — это специально подготовленное сырьё с заданной морфологией, фракционным составом и химической чистотой. От его качества напрямую зависит прочность, пористость и геометрическая точность готового изделия. В этой статье разобраны ключевые требования, основные марки, методы производства и правила обращения с порошком на производстве.
В аддитивных технологиях порошок выполняет роль, аналогичную прутку или листу в традиционной металлообработке. Однако требования к нему принципиально жёстче: каждая частица должна обладать строго контролируемой формой, размером и поверхностными характеристиками. Только тогда слой за слоем можно получить деталь без внутренних дефектов.
Термины и базовые принципы работы с металлическими порошками в аддитивных технологических процессах регламентированы стандартами ГОСТ Р 57558-2017 и ГОСТ Р 57592-2017, а методы их контроля — ГОСТ Р 59032-2020. На международном уровне применяется серия стандартов ISO/ASTM 52900:2021 и профильные спецификации ASTM для конкретных сплавов (F2924, F3001, F3055).
Ключевое отличие порошков для аддитивного производства от технических порошков общего назначения — высокая сферичность частиц, строгий контроль содержания газовых примесей и кислорода, а также документально подтверждённая прослеживаемость каждой партии от производства до финального изделия.
Сферическая форма частиц — базовое требование для порошкового слоя в SLM (Selective Laser Melting) и DMLS-процессах. Несферические частицы (осколочные, игольчатые, с выраженными спутниками) нарушают равномерность укладки слоя и снижают насыпную плотность порошкового ложа. Отраслевая практика требует, чтобы коэффициент сферичности (по Wadell) составлял не менее 0,85 для порошков, применяемых в PBF-процессах.
«Спутники» — мелкие частицы, приваренные к поверхности крупных при охлаждении в камере атомизации — повышают межчастичное трение и ухудшают текучесть. Их присутствие выявляется методом сканирующей электронной микроскопии при входном контроле.
Для процессов порошкового ложа (Powder Bed Fusion, PBF) используют фракцию 15–63 мкм. На практике для лазерного SLM/LPBF предпочтителен более узкий диапазон 15–45 мкм: частицы крупнее 63 мкм не успевают полностью расплавиться за время воздействия лазерного пятна, а частицы мельче 10 мкм склонны к агломерации и образуют взрывоопасные аэровзвеси.
Для процессов прямого лазерного нанесения материала (DED / LENS) применяют более широкий диапазон: 45–150 мкм, поскольку мощность энергетического источника выше, а подача осуществляется через сопло под давлением газа-носителя.
Текучесть измеряют по методу Холла согласно стандарту ISO 4490:2018 (или эквивалентному ASTM B213): через воронку с калиброванным отверстием диаметром 2,5 мм фиксируют время высыпания 50 г порошка. Для высококачественных сферических порошков, применяемых в PBF, норма составляет не более 25 с/50 г. Порошки с неудовлетворительной текучестью приводят к неравномерному расслоению и появлению пор в готовом изделии.
Содержание кислорода является одним из наиболее критичных параметров. Для нержавеющих сталей (в частности, марки 316L) отраслевая практика ограничивает содержание кислорода значением <1000 ppm (0,10%) в исходном порошке. Для титановых сплавов стандарт ASTM F2924 (Ti-6Al-4V, Grade 5) устанавливает предел <0,20% (2000 ppm), а стандарт ASTM F3001 (Ti-6Al-4V ELI, Grade 23) — <0,13% (1300 ppm). Превышение допустимого содержания кислорода охрупчивает изделия и снижает относительное удлинение при разрыве. Контроль азота, водорода и углерода обязателен для деталей ответственного назначения.
Требования к изделиям из сплава Ti-6Al-4V Grade 5 регламентированы стандартом ASTM F2924, а к сплаву Ti-6Al-4V ELI Grade 23 — стандартом ASTM F3001. Для никелевого сплава IN625 разработана спецификация ASTM F3055. Эти стандарты устанавливают допуски на химический состав сырья, параметры пористости и механические свойства готовых изделий.
Наиболее распространённый метод получения порошков для аддитивного производства. Расплавленный металл разрушается высокоскоростной струёй инертного газа (аргон или азот) на мельчайшие капли, которые застывают в камере. Метод обеспечивает высокую сферичность, управляемый гранулометрический состав и относительно низкое содержание неметаллических включений.
Насыпная плотность (apparent density) порошков газовой атомизации составляет, как правило, 50–60% от теоретической плотности сплава; утряска (tap density) достигает 60–70%. Известным дефектом метода является захват газовых пор внутри частиц при использовании аргона в качестве рабочего газа — такие поры при нагреве в рабочей зоне принтера могут переходить в готовое изделие.
Применяется прежде всего для реакционных металлов — титановых и никелевых сплавов. Проволочная заготовка из целевого материала подаётся в зону плазменного факела, где расплавляется и распыляется в контролируемой инертной атмосфере. Метод обеспечивает исключительно высокую сферичность (коэффициент сферичности >0,95), минимальное число спутников и крайне низкое содержание кислорода, что делает его предпочтительным для изготовления порошков ELI-качества.
Вращающийся цилиндрический электрод из целевого материала оплавляется плазмой, а центробежная сила разбрасывает расплав в виде сферических капель, застывающих в камере с инертным газом. Метод применяется для получения фракций 50–250 мкм с минимальным содержанием внутрипорошковых газовых пор — критически важное свойство для жаропрочных сплавов на никелевой основе. Производительность ниже, чем у газовой атомизации.
Металлические порошки, особенно из алюминиевых и титановых сплавов, чувствительны к воздействию влаги и кислорода. Адсорбированная влага при нагреве в рабочей камере принтера высвобождается и вызывает образование газовых пор и дефектов поверхности. Основные требования к хранению:
Тонкодисперсные металлические порошки представляют пожарную и взрывоопасную опасность при образовании аэровзвеси. Алюминиевые и титановые порошки с фракцией менее 63 мкм имеют значительную удельную поверхность и при превышении нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) могут воспламениться от искры или разряда статического электричества. Работа с ними требует заземлённого оборудования, исключения открытого огня и применения средств индивидуальной защиты органов дыхания (класс FFP3).
После каждого цикла печати нерасплавленный порошок частично изменяет характеристики. Длительное воздействие лазерного излучения, повышенной температуры и атмосферы рабочей камеры приводит к следующим последствиям:
Допустимое число циклов рециклинга определяется материалом и процессом. Для 316L публикации показывают стабильные свойства при многократном использовании при условии систематического контроля и просеивания. Для Ti-6Al-4V производители оборудования, как правило, рекомендуют смешивать рециклированный порошок со свежим и контролировать содержание кислорода после каждого цикла — превышение предела по кислороду, установленного ASTM F2924 или F3001, является основанием для вывода партии из оборота.
Рециклинг включает несколько последовательных операций: просеивание через сито с размером ячейки 63 мкм (или 45 мкм для узкофракционных порошков) для удаления конгломератов и крупных спёкшихся частиц; магнитная сепарация для выявления и удаления ферромагнитных загрязнений (актуально для сталей); при необходимости — вакуумная сушка при температуре 80–120°C продолжительностью 2–4 часа для удаления адсорбированной влаги. После каждой операции рециклинга обязателен химический контроль.
Полный входной контроль партии порошка до запуска в производство предусмотрен стандартом ГОСТ Р 59032-2020 и требованиями ISO/ASTM 52904:2019 для критически нагруженных деталей. Типовой объём испытаний при приёмке партии:
Для изделий аэрокосмического и медицинского назначения дополнительно проводят рентгеновскую компьютерную томографию (CT-сканирование) представительной выборки частиц для выявления внутрипорошковых газовых пор — дефекта, который при определённых условиях может переходить в готовую деталь и инициировать усталостное разрушение.
Металлический порошок для 3D печати — технически сложный материал, качество которого определяет весь результат аддитивного производства. Сферическая форма, фракция 15–45 мкм для PBF или 45–150 мкм для DED, нормированная текучесть и контролируемый химический состав — базовые требования к любому процессу. Выбор марки (316L, Ti-6Al-4V по ASTM F2924, Ti-6Al-4V ELI по ASTM F3001, IN718, IN625 по ASTM F3055, AlSi10Mg) определяется требованиями к механическим свойствам и условиям эксплуатации изделия. Входной контроль по ГОСТ Р 59032-2020 и ISO/ASTM 52904:2019, правильное хранение и регламентированный рециклинг позволяют стабильно получать детали с предсказуемыми свойствами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.