3D printtechnologie maakt gebruik van poedervormig materiaal om objecten laag voor laag op te bouwen. Het selecteren van het juiste poeder is cruciaal voor de kwaliteit van het onderdeel, mechanische eigenschappen, nauwkeurigheid, detailresolutie en oppervlakteafwerking. Dit artikel geeft een overzicht van de verschillende soorten poeders die worden gebruikt in de belangrijkste 3D printprocessen, hun samenstelling, belangrijkste eigenschappen, toepassingen en toonaangevende wereldwijde leveranciers.
Overzicht van 3d printer poeder leveranciers
3D printen, ook bekend als additive manufacturing, maakt gebruik van poedervormige polymeren, metalen, keramiek of composieten als grondstofvoorraad. Op basis van de gebruikte technologie en materialen kunnen poeders worden gemaakt met specifieke deeltjesgrootteverdelingen, morfologie, vloei-eigenschappen, smeltpunten en andere fysische en chemische eigenschappen op maat van het printproces.
Soorten 3D printerpoeder
Verschillende sleuteltechnologieën vertrouwen op poederbedfusie om selectief materiaal laag voor laag te smelten en te stollen om 3D-objecten te maken. Populaire processen en bijbehorende poeders zijn onder andere:
| Proces | Materialen |
|---|---|
| Selectief lasersinteren (SLS) | Thermoplastische poeders zoals nylon, TPU, PEEK |
| Direct metaallasersinteren (DMLS) | Metaalpoeders zoals aluminium, titanium, staallegeringen |
| Elektronenbundelsmelten (EBM) | Titaanlegeringen, kobaltchroom, roestvrij staal |
| Binder jetting | Roestvrij staal, gereedschapsstaal, wolfraamcarbide |
| Stereolithografie (SLA) | Keramisch gesuspendeerde fotopolymeerharsen |
Samenstelling van polymeerpoeder voor SLS
Selectief lasersinteren is gebaseerd op fijne polymeerpoeders met een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling en morfologie. Gangbare materialen zijn onder andere:
| Polymeer | Belangrijkste eigenschappen | Toepassingen |
|---|---|---|
| Nylon 12 | Taaiheid, flexibiliteit | Functionele prototypes, onderdelen voor eindgebruik |
| Nylon 11 | Hoge sterkte, hittebestendigheid, biocompatibiliteit | Ruimtevaart, automobielindustrie, medisch |
| TPU | Elasticiteit, slijtvastheid | Flexibele onderdelen, sportartikelen |
| PEEK | Extreme temperatuur/chemische bestendigheid | Ruimtevaart, olie/gas, medisch |
Nylon 12 is het meest gebruikte polymeerpoeder voor lasersinteren. De samenstelling bevat nylon basispolymeer, vloeimiddelen en andere additieven:
Nylon 12 Poeder Samenstelling
| Onderdeel | Functie |
|---|---|
| Basispolymeer | Mechanische eigenschappen, smeltgedrag |
| Stromingsmiddelen | Verbeter de poederstroom en verminder agglomeratie |
| Additieven tegen veroudering | Verbeteren van de thermische stabiliteit en voorkomen van materiaaldegradatie na verloop van tijd |
Soorten metaalpoeders voor AM processen
Veel gebruikte metaalpoeders in poederbedfusie en binderjetting zijn onder andere:
| Materiaal | Legeringen/soorten | Eigenschappen | Belangrijkste toepassingen |
|---|---|---|---|
| Aluminium | AlSi10Mg, AlSi7Mg | Lichtgewicht, corrosiebestendig | Lucht- en ruimtevaart, automobiel |
| Titanium | Ti-6Al-4V, Ti 6242 | Hoge sterkte-gewichtsverhouding | Lucht- en ruimtevaart, medische implantaten |
| Roestvrij staal | 316L, 17-4PH, 420 | Corrosie/warmtebestendigheid | Pompen, kleppen, gereedschap |
| Gereedschapsstaal | H13, P20, D2 | Hardheid, slijtvastheid | Spuitgietmatrijzen, matrijzen |
| Kobalt Chroom | Co28Cr6Mo | Biocompatibiliteit, weerstand tegen vermoeiing/corrosie | Tandheelkundig, medisch |
| Inconel | IN625, IN718 | Sterkte bij hoge temperaturen | Turbinebladen, raketmondstukken |
Titaniumlegeringen zoals Ti-6Al-4V worden op grote schaal gebruikt om sterke, lichtgewicht structurele onderdelen te maken in de ruimtevaart, auto-industrie en medische sectoren via DMLS en EBM.
Samenstelling en productie van metaalpoeder
De meeste commerciële metaalpoeders worden geproduceerd via een gas- of wateratomisatieproces. De samenstelling bevat een basislegeringselement zoals titanium of aluminium en andere legeringsbestanddelen:
Ti-6Al-4V poedersamenstelling
| Element | Gewicht % | Doel |
|---|---|---|
| Titaan (Ti) | Evenwicht | Belangrijkste element |
| Aluminium (Al) | 5.5-6.75% | Versterking |
| Vanadium (V) | 3.5-4.5% | Verfijning van het graan |
| Ijzer (Fe) | < 0,3% | Onzuiverheid |
Andere veelgebruikte productiemethoden voor metaal AM-poeders zijn plasmaverneveling, elektrolyse en chemische reductie. Deze beïnvloeden de poedereigenschappen zoals deeltjesvorm, grootteverdeling, vloeibaarheid, schijnbare dichtheid en microstructuur.
Keramische & samengestelde poeders
Keramiek en composieten kunnen ook worden verwerkt via poederbedtechnologieën om hoogwaardige componenten te maken:
| Materiaal | Eigenschappen | Toepassingen |
|---|---|---|
| Aluminiumoxide | Hoge hardheid, temperatuur- en corrosiebestendigheid | Snijgereedschappen, slijtdelen |
| Siliciumcarbide | Extreme hardheid, bestand tegen thermische schokken | Metaal snijden, schuurmiddelen |
| PEEK polymeer | Thermomechanische prestaties | Ruimtevaart composieten |
| Continu vezelcomposieten | Hoge sterkte-gewichtsverhouding | Structurele onderdelen |
Fotohardende keramische hars poeders met siliciumdioxide nanodeeltjes gesuspendeerd in fotopolymeer worden vaak gebruikt in hoge precisie stereolithografie printers.
Poeder Eigenschappen en Specificaties
3D printerpoeders moeten voldoen aan strenge specificaties op het gebied van deeltjesgrootteverdeling, morfologie, stroomsnelheid, dichtheid en microstructuur. Typische waarden worden hieronder weergegeven:
Specificaties polymeerpoeder
| Parameter | Typische waarde |
|---|---|
| Deeltjesgrootte | 15-150 µm |
| Deeltjesvorm | Bolvormig |
| Schijnbare dichtheid | 0,35-0,55 g/cm3 |
| Smeltpunt | 172-185°C (nylon 12) |
Metaalpoederspecificaties
| Parameter | Typische waarde |
|---|---|
| Deeltjesgrootte | 15-45 µm |
| Schijnbare dichtheid | 2,5-4,5 g/cm3 |
| Stroomsnelheid | 25-35 s/50g |
| Oxide-gehalte | < 0,4 wt.% |
| Microstructuur | Volledig dicht bolvormig |
Fabrikanten leveren datasheets van poedermaterialen die de fysieke eigenschappen specificeren, testrapporten van de chemische samenstelling, analyses van de deeltjesgrootteverdeling, metingen van de stroomsnelheid en afbeeldingen van scanningelektronenmicroscopie.
Toepassingen van 3D Printing poeders
Polymeer- en metaalpoeders maken de productie mogelijk van onderdelen voor eindgebruik in diverse industrieën. Enkele voorbeelden zijn:
Polymeer onderdelen
- Functionele prototypes
- Automotive leidingen, behuizingen
- Consumentenproducten, sportartikelen
- Interieuronderdelen voor de ruimtevaart
Metalen onderdelen
- Vliegtuigmotor/structurele onderdelen
- Turbineschoepen, waaiers
- Biomedische implantaten, apparaten
- Spuitgietmatrijzen, snijgereedschappen
3D-printpoeders maken complexe geometrieën mogelijk met verbeterde mechanische eigenschappen die onbereikbaar zijn via traditionele giet- of machinale processen.
Poeder leveranciers
Toonaangevende wereldwijde leveranciers van poeders op maat voor de belangrijkste 3D printtechnologieën zijn onder andere:
Polymeerpoeder
| Bedrijf | Materialen |
|---|---|
| BASF | Ultrasint PA6, PA11, PA12, TPU |
| Henkel | Loctite PA12, PP, TPE |
| EOS | PA2200, PA3200GF |
| Evonik | Vestosint polymeren |
Metaalpoeders
| Bedrijf | Materialen |
|---|---|
| AP&C | Titanium-, nikkel-, kobaltlegeringen |
| Sandvik Visarend | Roestvrij staal, gereedschapsstaal, superlegeringen |
| Praxair | Titanium, aluminium, kobaltchroom |
| GE-additief | Roestvrij staal, CoCr, Inconel |
Deze bedrijven bieden een breed scala aan materiaalkwaliteiten op maat voor SLS, DMLS, EBM en binder jetting met gespecialiseerde deeltjesgrootteverdelingen, vormen, zuiverheidsniveaus en chemische legeringen.
Poederkostenanalyse
De materiaalkosten zijn een belangrijke factor bij de keuze voor metaal AM. De prijs van poeder hangt af van de samenstelling, de productiemethode, de kwaliteit en het ordervolume:
| Poeder | Prijsbereik |
|---|---|
| Nylon 12 | $60-100/kg |
| Aluminium AlSi10Mg | $50-150/kg |
| Titaan Ti-6Al-4V | $200-500/kg |
| Nikkel IN625 | $100-250/kg |
| Kobalt Chroom | $150-600/kg |
Polymeerpoeders kunnen 40-90% goedkoper zijn in vergelijking met exotische luchtvaartlegeringen. Het recyclen van gebruikt poeder via zeven en mengen met verse voorraden helpt de materiaalkosten te verlagen.
Voor- en nadelen van AM op poederbasis
| Voordelen | Beperkingen |
|---|---|
| Complexe geometrieën die onbereikbaar zijn met andere processen | Over het algemeen langzamere bouwsnelheden dan traditionele methoden |
| Geconsolideerde assemblages, minder onderdelen | Poederverwijdering/opschoning na verwerking |
| Aangepaste legeringen, composietmengsels | Anisotrope materiaaleigenschappen |
| Minder bewerkingen vergeleken met subtractieve methoden | Porositeitsproblemen bij sommige laser/e-beam processen |
Samenvatting
Samengevat zijn poederbedfusie en binder jetting gebaseerd op speciaal ontwikkelde kunststof, metaal, keramiek of composietpoeders met op maat gemaakte grootte, vorm, samenstelling en microstructuur. Toonaangevende polymeeropties zijn onder andere nylon 12, PEEK en TPU, terwijl veelgebruikte metalen aluminium, titanium en nikkellegeringen zijn. Wereldwijde leveranciers bieden een brede materiaalkeuze die gevalideerd is voor de belangrijkste AM-systemen. Het kiezen van toepassingsspecifieke poeders die voldoen aan mechanische eisen en eigenschappen is cruciaal voor de prestaties van onderdelen.
Veelgestelde vragen
Wat zijn de belangrijkste soorten 3D printpoeders?
De vier belangrijkste categorieën zijn kunststoffen zoals nylon 12 en PEEK, metalen zoals aluminium, titanium en gereedschapsstaallegeringen, keramiek zoals aluminiumoxide of siliciumcarbide en polymeer/vezelcomposieten.
Welke poedergrootte is ideaal voor AM-processen?
Een typisch bereik is 15-100 micron voor metalen en 15-150 micron voor polymeren. De grootteverdeling beïnvloedt de dichtheid, vloeibaarheid, oppervlakteruwheid, nauwkeurigheid en snelheid.
Welke productiemethoden worden gebruikt om metaalpoeders te maken?
Gebruikelijke technieken zijn atomisering met inert gas met argon of stikstof en atomisering met water. Sommige nichelegeringen vertrouwen op plasmaverstuiving, elektrolyse of chemische processen.
Hoe evalueer je de geschiktheid van poeders voor AM?
Belangrijke parameters zijn de deeltjesgrootteverdeling, stroomsnelheid, schijnbare dichtheid, morfologie en microstructuur. Materiaalcertificeringsrapporten bevestigen de chemische samenstelling, het gas-/oxidegehalte en sporen van onzuiverheden.
Welke nabewerking is nodig voor 3D-geprinte poederonderdelen?
Afhankelijk van het materiaal en het proces omvatten veelvoorkomende stappen het verwijderen van dragers, stralen, gloeien, HIP en machinale bewerking om maatnauwkeurigheid en de gewenste afwerking te bereiken.
Wat zijn de gebruikelijke prijsniveaus voor AM-metaalpoeders?
Monsters van 1-5 kg kosten $100-300/kg. Typische volumebestellingen van 10-100 kg variëren van $60-250/kg. Bestellingen van grote volumes >500 kg kunnen oplopen tot $30-150/kg voor gangbare legeringen voor de luchtvaart/gereedschapindustrie.
Welke invloed heeft gerecycled poeder op de kwaliteit van onderdelen en mechanische prestaties?
Herhaald recyclen na 2-3 builds kan resulteren in een veranderde grootteverdeling, vervuiling, opbouw van satellieten, poederdegradatieproblemen die een lagere dichtheid en slechtere mechanische eigenschappen veroorzaken. Vers poeder mengen helpt dit te voorkomen.
Welke verbeteringen worden verwacht in toekomstige metaalpoeders?
De belangrijkste aandachtsgebieden zijn aangepaste legeringen, betere poederspreiding en verpakkingsdichtheid voor snellere opbouw, lagere porositeit en hogere dichtheid wat leidt tot verbeterde materiaaleigenschappen en oppervlakteafwerking.
