Overzicht van metaalpoeder voor 3D printen
3D-printen, ook wel bekend als additieve productieheeft een revolutie teweeggebracht in productieprocessen voor prototyping en productietoepassingen. In tegenstelling tot traditionele subtractieve technieken waarbij materiaal wordt verwijderd, bouwt 3D printen componenten laag voor laag op op basis van een digitaal 3D model.
Met name metaal 3D printen opent mogelijkheden voor het maken van ingewikkelde, lichtgewicht geometrieën met hoge sterkte en thermische weerstand met behulp van verschillende legeringspoeders. Het fijne metaalpoeder wordt selectief gesmolten door een warmtebron zoals een laser- of elektronenbundel om lagen samen te smelten.
Canada is in opkomst als toonaangevend centrum voor metaal 3D printen, met leveranciers van materialen, servicebureaus en fabrikanten van eindproducten die de technologie toepassen. Dit artikel geeft een uitgebreid overzicht van metaalpoeders die worden gebruikt voor 3D printtoepassingen in Canada.
Soorten metaalpoeders gebruikt bij 3D printen
Er worden verschillende legeringen gebruikt om metalen 3D-geprinte onderdelen te maken, waaronder:
| Legering Poeder | Belangrijkste eigenschappen | Toepassingen |
|---|---|---|
| Roestvrij staalpoeder | Corrosiebestendigheid, hoge sterkte, slijtvastheid | Luchtvaart, auto's, consumentenproducten |
| Aluminiumlegering poeder | Lichtgewicht, hoge thermische geleidbaarheid | Lucht- en ruimtevaart, automobiel |
| Titaniumlegeringspoeder | Hoge sterkte-gewichtsverhouding, biocompatibiliteit | Lucht- en ruimtevaart, medische implantaten |
| Kobaltchroompoeder | Hoge sterkte, slijtvastheid, biocompatibiliteit | Medische implantaten, gereedschappen |
| Nikkellegering poeder | Hittebestendigheid, corrosiebestendigheid | Lucht- en ruimtevaart, olie en gas |
| Koper Poeder | Hoge thermische en elektrische geleidbaarheid | Elektronica, warmtewisselaars |
De meest gebruikte metaalpoedermaterialen voor 3D printen zijn momenteel roestvrij staal, titaniumlegeringen, nikkelsuperlegeringen en kobalt-chroomlegeringen. De keuze hangt af van mechanische vereisten, de benodigde corrosiebestendigheid, prestaties bij hoge temperaturen, gewicht, biocompatibiliteit en kosten.
Methoden voor de productie van metaalpoeders
Metaalpoeders kunnen worden geproduceerd met behulp van verschillende methoden, die elk resulteren in poeders met verschillende eigenschappen die geschikt zijn voor AM-processen:
- Gasverneveling - Gas onder hoge druk breekt de stroom gesmolten metaal op in fijne druppeltjes die stollen tot bolvormige deeltjes, ideaal voor 3D printen
- Waterverneveling - Minder duur, maar produceert onregelmatiger gevormde deeltjes
- Plasma-verneveling - Maakt het mogelijk reactieve legeringen zoals titanium en aluminium te vernevelen in een inerte atmosfeer
- Elektrode-inductie smeltgasatomisatie (EIGA) - Combineert inductiesmelten en gasverstuiving voor kleine hoeveelheden gespecialiseerde legeringen
- Mechanisch frezen/legen - Malen van metaalpoeders om specifieke microstructuren en deeltjesvormen te verkrijgen
Atomisatietechnieken maken een nauwkeurige controle mogelijk van de poedersamenstelling, morfologie, korrelstructuur, deeltjesgrootteverdeling en vloei-eigenschappen die nodig zijn voor 3D-geprinte onderdelen van hoge kwaliteit.
Metaalpoederspecificaties
Metaalpoeders die worden gebruikt bij additieve productie moeten voldoen aan strenge specificaties voor:
- Deeltjesgrootte - Gewoonlijk 10 tot 45 micron
- Morfologie - Sferische, satellietvrije deeltjes zorgen voor een goede stroming en dichte verpakking
- Chemische samenstelling - Strenge controle om de gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen
- Microstructuur - Afhankelijk van stollingssnelheid tijdens atomisatie
- Stromingseigenschappen van poeder - Beïnvloedt de gelijkmatigheid van de verspreiding tijdens het afdrukken
Het handhaven van consistentie in deze poedereigenschappen is cruciaal voor defectvrije, betrouwbare 3D-geprinte metalen onderdelen.
Leveranciers van metaalpoeders in Canada
Canada heeft een groeiend aantal bedrijven die metaalpoeders voor de AM-industrie produceren en leveren:
Toonaangevende leveranciers van metaalpoeders in Canada
| Bedrijf | Plaats | Materialen |
|---|---|---|
| ATI-poedermetalen | Barrie, Ontario | Nikkel-, kobalt- en titaanlegeringen |
| Praxair Oppervlaktetechnologieën | Indianapolis, Indiana; geproduceerd in Canada | Titanium, nikkel, roestvrij staal, kobaltchroom |
| Sandvik Visarend | Neath, Wales; Magazijn in Windsor, Ontario | Roestvrij staal, maragingstaal, kobaltchroom, tantaal, niobium |
| Timmerman additief | Reading, Pennsylvania; Magazijn in Ancaster, Ontario | Roestvrij staal, kobaltchroom, titanium, aluminium, koper, nikkellegeringen |
| Hogenäs | Halmstad, Zweden; Toronto, Ontario | Roestvrij staal, gereedschapsstaal, laaggelegeerd staal |
| AP&C | Laval, Quebec | Titaan, tantaal, aluminiumlegeringen |
Deze grote metaalpoederproducenten hebben zich in Canada gevestigd om dicht bij de groeiende markt te zijn. Ze bieden een breed scala aan legeringen die voldoen aan de eisen voor de ruimtevaart, de medische sector, de auto-industrie en industriële 3D-printtoepassingen.
Daarnaast zijn er in Canada producenten van gespecialiseerde metaalpoeders zoals Nanosteel, Quebec Metal Powders en GKN Powder Metallurgy die zich richten op legeringen op maat. Universiteiten zoals McGill, UBC en Waterloo hebben ook mogelijkheden voor poederproductie voor onderzoeksdoeleinden.
Kosten van metaalpoeders
Metaalpoeders maken een aanzienlijk deel uit van de bedrijfskosten van metal AM. Prijzen variëren sterk afhankelijk van de samenstelling, kwaliteitseisen en inkoopvolumes:
| Materiaal | Prijsbereik |
|---|---|
| Roestvrij staal | $45 - $105 per kg |
| Titaan Ti64 | $350 - $500 per kg |
| Nikkel-superlegeringen | $90 - $250 per kg |
| Kobalt Chroom | $110 - $350 per kg |
Roestvrij staal en laaggelegeerde staalpoeders zijn het voordeligst, terwijl titanium-, nikkel- en kobaltlegeringen die gebruikt worden in kritieke toepassingen veel duurder zijn.
Poeders van hoge kwaliteit die voldoen aan strenge lucht- en ruimtevaartspecificaties en medische specificaties vragen om een hogere prijs. Aangepaste legeringen en aankopen van kleine hoeveelheden verhogen de kosten ook aanzienlijk. Hergebruik van overmaatse en teruggewonnen poeders helpt de kosten te verlagen.
Over het algemeen dalen de poederkosten naarmate de productie toeneemt. Maar de materiaalkosten blijven een beperkende factor, vooral voor kleine afnemers. Grotere inkopers hebben meer invloed om kortingen te krijgen van metaalpoederproducenten.
Toepassingen van metaal 3D printen in Canada
Additive manufacturing van metaal wordt steeds meer toegepast in verschillende industrieën in Canada:
Lucht- en ruimtevaart
- Complexe onderdelen van titanium en nikkellegeringen zoals kanalen, behuizingen, structurele fittingen
- Uitdagende geometrieën verlichten voor brandstofefficiëntie
- Assemblages met een kleiner aantal onderdelen geconsolideerd in één stuk
- Aangepaste reparaties en onderdelen voor oudere vliegtuigen
Medisch
- Orthopedische implantaten zoals heup-, knie- en wervelkolomimplantaten van titanium en kobaltchroom
- Patiëntspecifieke implantaten afgestemd op anatomie met 3D-scans
- Poreuze structuren om botingroei te bevorderen
- Snijgidsen en chirurgisch gereedschap op aanvraag geprint
Automobiel
- Lichtgewicht aluminium en titanium onderdelen
- Op maat gemaakte gereedschappen zoals mallen, klemmen, grijpers
- Laag volume productie van beugels, behuizingen, spruitstukken
- Aftermarket aangepaste accessoires en tuningonderdelen
Olie en gas
- Roestvrijstalen onderdelen voor kleppen, pompen, fittingen
- Corrosiebestendige onderdelen van nikkellegering voor boorputapparatuur
- Op maat gemaakte eenmalige vervangingsonderdelen op offshore platforms
Consumentengoederen
- Aangepaste producten zoals sieraden, figuren, hardware bedrukt in edelmetalen
- Limited edition roestvrijstalen premiumproducten zoals horloges, pennen, sculpturen
- Aangepaste orthodontie, tandheelkundige implantaten, prothetische onderdelen
Deze industrieën kiezen in Canada voor metaal-AM vanwege de ontwerpvrijheid, de consolidatie van onderdelen, het lage gewicht, de betere prestaties, de mogelijkheid tot mass customization en de digitale voorraadmogelijkheden.
Dienstverleners voor metaal 3D printen in Canada
Naast onderdelenleveranciers heeft Canada een sterk netwerk van gespecialiseerde servicebureaus die zich richten op additieve metaalproductie:
Toonaangevende servicebureaus voor metaal 3D printen in Canada
| Bedrijf | Plaats | Materialen en processen |
|---|---|---|
| 3DSP | Toronto, Ontario | Titanium, Inconel, roestvrij staal - direct metaal lasersinteren |
| Technologieën voor additieve productie | Ontario | Titanium, staal, aluminium, Inconel - laserpoederbedfusie |
| Express metaal | Ontario | Roestvrij staal, gereedschapsstaal, titanium, aluminium - laserpoederbedfusie |
| Canadese metaalbewerking | Vancouver | Roestvrij staal, aluminium, gereedschapsstaal - laserpoederbedfusie |
| Aurora-labs | Vancouver | Titaan, nikkellegeringen - Directe energieafzetting |
| Burloak Technologieën | Ontario | Titaan, aluminium, staal, nikkel - directe energieafzetting |
| LaserCusing | Quebec | Roestvrij staal, aluminium, titanium - laserpoederbedfusie |
| Laser prototyping | Quebec | Titaan, aluminium - Directe Energie Afzetting |
Deze servicebureaus werken voor klanten uit de ruimtevaart, medische sector, auto-industrie en industrie in heel Canada en bieden toegang tot een verscheidenheid aan AM-metaaltechnologieën voor prototyping en productie. Hun expertise en hoogwaardige apparatuur helpen om hoogwaardig metaal 3D printen toegankelijk te maken voor Canadese bedrijven die AM willen gaan toepassen.
Trends en vooruitzichten voor metaal-AM in Canada
Canada heeft een sterke toeleveringsketen voor metaalpoeder, een netwerk van servicebureaus en eindgebruikers in de lucht- en ruimtevaart en de medische sector opgebouwd. Enkele belangrijke trends die de groei van metaal 3D printen in Canada bepalen zijn:
- Toenemende toepassing van AM-technologieën door toonaangevende lucht- en ruimtevaartbedrijven zoals Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
- Financiering voor AM-metaalonderzoek aan Canadese universiteiten en overheidslaboratoria
- Internationale poederleveranciers richten Canadese vestigingen op om de groeiende markt aan te boren
- Opkomst van Canadese metaalpoederproducenten die zich richten op niche-legeringen
- Uitbreiding van servicebureaus naar volumeproductie van componenten voor eindgebruik
- Meer kmo's verkennen AM voor lichtgewicht, maatwerk en geconsolideerde assemblages
- Samenwerking tussen overheid en industrie via organisaties als CRIAQ, NGen, CAMX
- Ontwikkeling van procescontroles en standaarden specifiek voor metaal-AM
- Hybride fabricage die AM-metaal combineert met subtractieve CNC-bewerking
- Simulaties en workflowsoftware die de kwaliteit en herhaalbaarheid verbeteren
Met de toenemende belangstelling van zowel gevestigde als nieuwe gebruikers is additive manufacturing van metaal in Canada klaar voor een sterke aanhoudende groei. Voortdurende verbeteringen in materialen, processen, ontwerptools en kwaliteitscontrole zullen bijdragen aan de uitbreiding van toepassingen in de ruimtevaart, de medische sector, de auto-industrie en algemene industriële sectoren. Canada's innovatie-ecosysteem en -capaciteiten positioneren het land goed om wereldwijd vooruitgang te boeken op het gebied van metaal 3D printen.
Veelgestelde vragen over metaalpoeders voor 3D printen
Hier zijn antwoorden op veelgestelde vragen over metaalpoeders voor AM:
V: Welke deeltjesgrootte wordt aanbevolen voor metalen 3D printpoeders?
A: De ideale deeltjesgrootte is meestal 10-45 micron. Fijnere deeltjes pakken beter in maar stromen slecht, terwijl grovere deeltjes de dichtheid en oppervlakteafwerking aantasten.
V: Hoe bol moeten metaalpoeders zijn voor AM-processen?
A: Een hoge bolvorm en een glad oppervlak helpen de poederstroom en de verpakking. Satellieten en losse agglomeraten hebben hier invloed op en moeten tot een minimum worden beperkt.
V: Welk metaal 3D printproces vereist de hoogste kwaliteit poeders?
A: Laser-poederbedfusie heeft de strengste eisen voor poedereigenschappen en consistentie voor een soepele werking.
V: Moeten metaalpoeders gedroogd worden voordat ze gebruikt worden voor 3D printen?
A: Ja, drogen wordt aanbevolen om geabsorbeerd vocht te verwijderen dat problemen kan veroorzaken tijdens de verwerking. Vacuümdrogen of bakken wordt vaak gebruikt.
V: Kunnen ongebruikte metalen drukpoeders worden gerecycled?
A: Ja, ongebruikt poeder kan meestal worden teruggewonnen, gezeefd en gemengd met vers poeder voor hergebruik, waardoor de kosten worden verlaagd.
V: Hoe worden metaalpoeders met reactieve elementen zoals titanium of aluminium verwerkt?
A: Om oxidatie of besmetting te voorkomen is een speciale inerte behandeling nodig, zoals handschoenkasten en afgesloten containers.
V: Wat is de typische houdbaarheid van ongebruikte metaalpoeders?
A: Als poeders op de juiste manier worden opgeslagen in een koele, droge, inerte omgeving, kunnen ze meerdere jaren meegaan voordat de eigenschappen afnemen. Voorraadbeheer op basis van first-in-first-out (FIFO) wordt aanbevolen.
V: Moet metaalpoeder voor AM worden behandeld als gevaarlijk materiaal?
A: Voorzorgsmaatregelen zijn vereist vanwege de ontvlambaarheid en explosierisico's van fijne metaalpoeders. De juiste beschermende uitrusting en veiligheidsprocedures zijn een must.
V: Wat zijn enkele nieuwe legeringspoeders die worden ontwikkeld voor metaal-AM?
A: CuNiSi voor elektrische contacten, FeNiCoTi voor zachte magneten, CoCrFeNi voor legeringen met een hoge entropie, CuCoMnNi voor vormgeheugen zijn enkele opkomende materialen.
