Aluminium is een populair metaalpoeder voor additive manufacturing dankzij de lage dichtheid, goede mechanische eigenschappen, bewerkbaarheid, corrosiebestendigheid en geleidbaarheid. Het optimaliseren van de eigenschappen van aluminiumpoeder maakt betrouwbaar printen van sterke, lichtgewicht aluminium onderdelen mogelijk in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie en industriële toepassingen.
Deze gids behandelt eigenschappen, specificaties, atomisatieproductie, overwegingen voor kwaliteitsborging, toepassingen en advies over de inkoop van aluminiumpoeders voor poederbedfusie of bindmiddelstraal 3D-printen.
3d printer aluminium poeder Composities
Gebruikelijke aluminiumsoorten voor AM zijn onder andere:
| Legering | Beschrijving | Typische compositie |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | Gegoten legering met toevoegingen van silicium en magnesium voor sterkte en corrosiebestendigheid | Rest Al, 9-11% Si, 0.25-0.45% Mg, 0.8% max Fe, 0.2% max Cu |
| AlSi7Mg | Zeer vergelijkbaar met AlSi10Mg met iets lager siliciumgehalte | Rest Al, 6-8% Si, 0.25-0.45% Mg, 0.8% max Fe, 0.2% max Cu |
| 6061 | Zeer veel voorkomende warmtebehandelbare smeedlegering met magnesium en silicium | Rest Al, 0.8-1.2% Mg, 0.4-0.8% Si, 0.7% max Fe, 0.15-0.4% Cu, 0.04-0.35% Cr |
Stem de samenstelling af op mechanische eigenschappen, corrosiebestendigheid, lasbaarheid en legeringkosten.
Specificatie Overzicht
| Parameter | Details | Test methode |
|---|---|---|
| Puurheid | >98% Aluminium heeft de voorkeur | ICP-analyse |
| Deeltjesvorm | Sferisch >90% gewenst | Microscopie |
| Grootteverdeling | D50: 25-45 μm typisch | Laserdiffractie |
| Schijnbare dichtheid | 1,2-1,8 g/cc | Hall-debietmeter |
| Vloeibaarheid | Hall flow 25-50 sec voor 50 g monster | Hall-debietmeter |
| Oxiden en hydroxiden | <3% in gewicht | TGA, XRD, fusie met inert gas |
| Vochtgehalte | <0,2% in gewicht | TGA-analyse |
Hoge poederkwaliteit en consistentie vereist voor AM-verwerking met minimale defecten tot sterke onderdelen met hoge dichtheid.
Verstuivingsmethoden
3d printer aluminium poeder productie via:
- Luchtverneveling - Hogedruklucht desintegreert gesmolten aluminium in fijne bolvormige druppeltjes die oxidatie voorkomen. Een proces met minder energie resulteert in grotere deeltjes die geschikt zijn voor bindmiddeljetprinten.
- Stikstofverstuiving - De stikstofomgeving voorkomt oxidatie van het oppervlak tijdens de verstuiving, waardoor fijnere poederformaten, minder zuurstof en hogere stromingseigenschappen mogelijk zijn die de voorkeur genieten voor SLM en EBM.
- Elektrode roterende verstuiving - Het snel spinnen van dun gesmolten aluminium in stikstof resulteert in poeder met zeer strakke grootteverdelingen en goede verpakkingsdichtheid.
Het regelen van procesatmosferen, koelsnelheden en gasdynamica optimaliseert de grootte en morfologie van aluminiumdeeltjes voor poederbedtoepassingen die een goede stromings- en schuifrespons vereisen.
Mechanische eigenschappen
| Legering | Dichtheid (g/cc) | Opbrengststerkte (MPa) | Treksterkte (MPa) | Verlenging |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
Om aan de gespecificeerde sterktes te voldoen, zijn geoptimaliseerde printparameters en nabewerkingen zoals veroudering nodig. De oriëntatie van het onderdeel heeft ook een grote invloed op de mechanische prestaties.
Metalen AM-toepassingen
AlSi10Mg aluminium wordt veel gebruikt in industrieën voor additief productie:
- Ruimtevaart en defensie: Lichtgewicht casco, UAV-onderdelen; conforme warmtewisselaars en koude platen; actieve rasterstructuren. Snelle tooling voor composiet layups.
- Automobiel: Aluminium heeft 3x minder opgeslagen energie dan staal, waardoor het gewicht wordt verlaagd en het brandstofverbruik toeneemt. Aangepaste carrosseriepanelen, hulpstukken en chassisonderdelen zoals draagarmen maken prestatieverbeteringen mogelijk. Warmtewisselaaronderdelen zoals spruitstukbehuizingen zorgen voor extra functionaliteit. Mallen en bevestigingen voor koolstofvezelcomposieten.
- Industrieel: Aangepaste serieproductie voor kleine tot middelgrote partijen. Koellichamen voor thermisch beheer van elektronica met geoptimaliseerde vormfactoren. Vloeistofstroomcomponenten zoals waaiers, pompen, kleppen en behuizingen. Mallen, opspanmiddelen, geleiders en kalibers met lichtgewicht duurzaamheid.
- Architectuur: Gespecialiseerde op maat gemaakte onderdelen on-demand. Decoratieve elementen door middel van hybride printen met bronzen vulling. Nauwkeurige schaalmodellen voor visualisatie.
Certificeringsnormen
- ASTM B556 - Standaardspecificatie voor constructiedelen van aluminiumlegering met poedermetallurgie (PM) met legering 6061
- ASTM B925 - Standaardspecificatie voor hoogwaardige poederaluminiumlegering voor verwerking via poedermetallurgiemethodes voor auto-, lucht- en ruimtevaart- en defensietoepassingen
- ASTM E2926 - Standaardspecificatie voor aluminiumpoeders en -grondstoffen voor additieve productie
Bekijk statistisch gevalideerde batchcertificaten die aantonen dat ze voldoen aan de specificaties van de doelkwaliteit en de AM-verwerkingsbehoeften voor aankoop.
Veelvoorkomende defecten
Belangrijkste gebreken in aluminiummetaal AM met de hoofdoorzaken:
| Defect | Oorzaak | Oplossing |
|---|---|---|
| Porositeit | Vocht; Oxiden; Metaalverdamping | Luchtvochtigheid verlagen; oxiden minimaliseren; energiedichtheid aanpassen |
| Kraken | Snel afkoelen; Restspanningen; Onzuiverheden | Optimaliseer het voorverwarmen van de bouwplaat; Heet isostatisch persen; Zeer zuiver poeder |
| Delaminatie | Recoater bladkrachten; Slechte laagfusie | Gelijkmatige verdeling van de poedergrootte; Optimaliseer de strooilaag; Valideer de strooierinstellingen |
| Ballen | Hoge oppervlaktespanning remt stroming | Voorverwarmplaat voor sneller smelten |
| Problemen met oppervlakteafwerking | Spatten, ongesmolten deeltjes gesmolten in | Parameteroptimalisatie voor een bepaald poeder |
Printparameters aanpassen via proefopstellingen om volledig dichte onderdelen te verkrijgen voorafgaand aan serieproductie.
Prijsfactoren
| Parameter | Invloed |
|---|---|
| Poeder kwaliteit | Hogere zuiverheid/sfericiteit heeft een prijs |
| Perceelgrootte | Besparingen door schaalvergroting bij 500+ kg |
| Certificeringsniveau | Volledige certificering vs batchtesten |
| Verstuivingsmethode | Stikstof > Lucht vanwege hogere consistentie en lagere oxiden |
| Regionale logistiek | Lokale bronnen indien mogelijk |
Verwacht prijzen rond de $50-100/kg voor aluminium AM-poeder met een lagere grootteverdeling. Grotere fabrikanten bieden schaalvoordelen.
Overwegingen bij het kopen
| Parameter | Belang |
|---|---|
| Naleving van kwaliteitseisen | Hoog |
| Beschikbaarheid van monsters | Hoog |
| Technische expertise | Medium |
| Klantreferenties | Medium |
| Prijzen | Laag |
Vergelijking leveranciers
| Fabrikant | Maatbereik | Kwaliteit | Samenhang | Doorlooptijden | Prijzen |
|---|---|---|---|---|---|
| [Merk 1] | 10-45 µm | Volledig gecertificeerd | Zeer consistent | 12-14 weken | $$$ |
| [Merk 2] | 15-65 μm | Batchs testen | Kleine variatie | 3-4 weken | $ |
| [Merk 3] | 10-63 μm | Onafhankelijke MPI | Voldoet aan minimale specificaties | 8-10 weken | $$ |
Kies voor een toonaangevend merk dat voldoet aan de kwaliteitseisen van de onderdelentoepassing, zelfs tegen een hogere prijs om risico's op defecten en afwijkingen in de eigenschappen te vermijden.
Veelgestelde vragen
V: Welke deeltjesgrootte is optimaal voor aluminium laserpoederbedfusie?
A: 25-45 μm aluminium poederfracties vergemakkelijken een dichte verpakking met een goede schuif- en smeltstroomrespons, ideaal voor spreiden en smelten met hoge dichtheid in poederbedtoepassingen.
V: Hoe moet aluminium AM-poeder op de juiste manier worden opgeslagen?
A: Sluit containers luchtdicht af met vochtabsorberende zakjes om oxidatie en stabilisatie te voorkomen, waardoor de houdbaarheid wordt beperkt tot 6-12 maanden als ze koel en uit direct zonlicht worden bewaard.
V: Zijn er speciale voorzorgsmaatregelen nodig voor aluminiumpoeder voor metal AM?
A: Geclassificeerd als ongevaarlijk, maar gebruik poeders in goed geventileerde ruimtes met goedgekeurde persoonlijke beschermingsmiddelen (PPE), omdat fijne metallische deeltjes risico's inhouden voor de gezondheid van de ademhalingswegen en stofexplosies, waarvoor veiligheidsprotocollen moeten worden opgesteld.
V: Welke nabewerking wordt meestal uitgevoerd op onderdelen van additief vervaardigd aluminium?
A: Aluminium AM-onderdelen ondergaan vaak oplossingsbehandeling, veroudering, precipitatieharden, passiveren en elektrolytisch polijsten om restspanningen te verlichten en de mechanische eigenschappen en oppervlakteafwerking te verbeteren. Beschermende coatings verbeteren de weerstand tegen corrosie en slijtage.
