Selectief lasersinteren (SLS) is een additieve productietechniek waarbij een laser wordt gebruikt om kleine deeltjes kunststof, metaal, keramiek of glaspoeder samen te smelten tot een 3D-object. SLS metaalpoeders met de juiste eigenschappen zijn cruciaal om via dit proces hoogwaardige metalen onderdelen met complexe geometrieën te maken.
Overzicht van SLS metaalpoeders
SLS metaalpoeders zijn metaalpoeders die geoptimaliseerd zijn voor gebruik in selectieve laser sintering 3D printers om metalen onderdelen en prototypes te produceren. De meest gebruikte SLS metaalpoeders zijn:
SLS metaalpoeder soorten
| Type | Samenstelling | Sleuteleigenschappen |
|---|---|---|
| Roestvrij staal | Fe, Cr, Ni legeringen | Corrosiebestendigheid, hoge sterkte |
| Gereedschapsstaal | Fe-, Cr-, Mo-legeringen | Hoge hardheid, warmtebehandelbaar |
| Gelegeerd staal | Fe, Cr, Ni legeringen | Warmtebehandelbaar, machinaal bewerkbaar |
| Kobalt-chroom | Co, Cr legeringen | Biocompatibel, slijtvast/corrosiebestendig |
| Titanium & legeringen | Ti, Al, V-legeringen | Lichtgewicht, biocompatibel, sterk |
| Inconel | Ni-, Cr-legeringen | Hitte-/corrosiebestendig |
| Aluminium legeringen | Al, Cu, Mg-legeringen | Lichtgewicht, sterk |
Deze metaalpoeders moeten eigenschappen hebben zoals vloeibaarheid, deeltjesvorm en grootteverdeling op maat om SLS onderdelen met hoge dichtheid te produceren met nauwkeurigheid, precisie en de gewenste mechanische eigenschappen.
Belangrijkste eigenschappen van SLS metaalpoeders
| Parameter | Beschrijving | Vereisten |
|---|---|---|
| Maatbereik | Afmetingen poederdeeltjes | 10-45 micron gebruikelijk |
| Grootteverdeling | Assortiment poederformaten | Meestal bolvormig met enkele satellieten toegestaan |
| Morfologie | Vorm poederdeeltjes | Sferisch is optimaal, satellieten kunnen defecten veroorzaken |
| Stroomsnelheid | Poeder vloeibaarheid | 35-40 s/50g van Hall debietmeter |
| Schijnbare dichtheid | Poederverpakkingsdichtheid | Rond 60% ware dichtheid |
| Ware dichtheid | Materiaaldichtheid | Verschilt per samenstelling |
| Oppervlakte | Deeltjesoppervlak per massa-eenheid | Lager is beter om oxidatie te verminderen |
| Restgassen en vocht | Onzuiverheden in poeder | Geminimaliseerd voor onderdelen van hoge kwaliteit |
SLS Metaalpoeder Kenmerken
| Kenmerkend | Rol in SLS-proces |
|---|---|
| Deeltjesvorm en oppervlaktetextuur | Beïnvloeding van de poederstroom in elke nieuwe laag, laserabsorptie, reflectiviteit |
| Deeltjesgrootteverdeling | Invloed van verpakkingsdichtheid, smeltbaddynamiek, smeerbaarheid |
| Stromingseigenschappen | Zorgt voor uniforme smeerbaarheid, laagconsistentie |
| Schijnbare dichtheid | Bepaalt afstand tussen deeltjes, benodigde energie-input |
| Ware dichtheid | Bepaalt de uiteindelijke maximaal haalbare dichtheid van onderdelen |
| Legeringstoevoegingen | Maakt specifieke materiaaleigenschappen mogelijk zoals sterkte, hardheid enz. |
Toepassingen van SLS metaalpoeders
SLS metaalpoeder maakt het printen van functionele metalen onderdelen met een volledige dichtheid mogelijk voor prototyping, tooling en kleine series in industrieën zoals:
Industriële toepassingen van SLS gedrukte metalen onderdelen
| Industrie | Toepassingen | Gebruikte materialen |
|---|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Turbinebladen, motor-/structuuronderdelen | Roestvrij staal, superlegeringen, titaanlegeringen |
| Automobiel | Prototype-onderdelen, aangepast gereedschap | Roestvrij staal, gereedschapsstaal, aluminiumlegeringen |
| Medische implantaten | Patiëntspecifieke implantaten, geleiders | Kobaltchroom, titaanlegeringen, roestvrij staal |
| Industrieel | Precisiegereedschap, robotgrijpers | Roestvrij staal, gereedschapsstaal |
| Juwelen | Ringen, kettingen, aangepaste stukken | Edele metalen zoals goudlegeringen, zilver |
Enkele unieke voordelen ten opzichte van traditionele productieroutes:
Voordelen van SLS voor de productie van metalen onderdelen
| Voordeel | Beschrijving |
|---|---|
| Geometrie vrijheid | Geen onderdeelgeometriebeperkingen in tegenstelling tot subtractieve/gietmethodes |
| Snelle doorlooptijd | Snel printen vanuit CAD-gegevens |
| Licht gewicht | Roosterstructuren verminderen gewicht met >30% |
| Gedeeltelijke consolidatie | Integraal geprinte assemblages vervangen verbindingen |
| Massaal maatwerk | Patiëntspecifieke medische hulpmiddelen |
| Hybride structuren | Multi-materiaal onderdelen van metaal en polymeer mogelijk |
Algemene toepassingen van SLS-geprinte metalen onderdelen in verschillende industrieën:
Typische toepassingen van SLS-geprinte metalen onderdelen
| Sollicitatie | Voorbeelden | Gebruikte materialen |
|---|---|---|
| Functionele prototypes | Motoronderdelen, implantaten | Gelegeerd staal, Ti legeringen |
| Hulpmiddelen | Boorgeleiders, opspanmiddelen, mallen | Roestvrij staal |
| Gereedschap voor matrijzen | Gereedschap voor spuitgieten | Gereedschapsstaal zoals H13 |
| Serieproductie | Luchtvaart/medische componenten | Ti & Ni legeringen, CoCr |
| Lichtgewicht constructies | Traliepanelen, schoren | Al-legeringen, Ti-legeringen |
SLS metaalpoeder specificaties
Fabrikanten van SLS-systemen zoals EOS, 3D Systems en Renishaw leveren gekwalificeerde SLS metaalpoeder specificaties op maat voor hun printermodellen. Enkele veel voorkomende metaalpoeders en afmetingen zijn:
SLS metaalpoeder soorten en maten
| Materiaal | Beschikbare poedertypes | Deeltjesgroottebereik |
|---|---|---|
| Roestvrij staal | 316L, 17-4PH, 303, 410 | 15-45 micron |
| Maragingstaal | MS1, 18N300, 18N350 | 15-45 micron |
| Kobaltchroom | CoCr, CoCrMo | 15-45 micron |
| Aluminium profiel | AlSi10Mg, AlSi12 | 15-45 micron |
| Titanium legering | Ti6Al4V Kwaliteit 5 | 15-45 micron |
| Nikkel legering | Inconel 718, Inconel 625 | 15-45 micron |
Standaardenorganisaties hebben classificaties gedefinieerd voor verschillende metaalpoederkwaliteiten die worden gebruikt in AM-processen:
Metaalpoeder Rangen per ISO/ASTM normen
| Standaard | Cijfers | Beschrijving |
|---|---|---|
| ISO 17296-2 | PA1 tot PA6 | Stelt steeds strengere eisen aan onzuiverheden van P1 tot P6 |
| ISO 17296-3 | PM1 tot PM4 | Definieert deeltjesvorm, grootteparameters van PM1 tot PM4 |
| ASTM F3049 | Klasse 1 tot Klasse 4 | Definieert toegestane limieten op samenstellingsbereiken van 1 tot 4 |
| ASTM F3056 | Type 1 tot Type 3 | Definieert statistische grootteverdelingsparameters van 1 tot 3 |
Deze classificatiesystemen helpen om kwaliteitsniveaus vast te stellen en helpen kopers bij de inkoop. Hoogzuiver PA5-poeder garandeert een minimale verontreiniging. Ook een strengere chemische controle van klasse 4 vermindert de variabiliteit.
SLS metaalpoeder Leveranciers
Wereldwijd leveren verschillende leveranciers kant-en-klare SLS-poeders. Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn:
Belangrijkste leveranciers van SLS metaalpoeder
| Leverancier | Aangeboden materialen | Afzetgebieden |
|---|---|---|
| Sandvik | Roestvrij staal, nikkellegeringen, CoCr, gereedschapsstaal, aluminiumlegeringen | Europa, Azië |
| Praxair | Ti legeringen, Ni legeringen, roestvrij, gereedschapsstaal | Noord-Amerika |
| LPW-technologie | Roestvrij staal, aluminiumlegeringen, CoCr | Verenigd Koninkrijk, Europa |
| Timmerman additief | Roestvrij staal, CoCr, Cu, aluminiumlegeringen | Wereldwijd |
| Hoganas | Roestvrij staal, gereedschapsstaal | Europa, Azië |
Gebruikelijke leveringsminima zijn ongeveer 10 kg per materiaalsoort, hoewel er ook grote volumecontracten bestaan voor OEM-kopers. De verpakkingsopties variëren van vacuüm verzegelde blikken tot gespecialiseerde SLS machinecartridges die elk 700 g tot 1 kg poeder bevatten.
SLS metaalpoeder verpakkingstypen
| Type | Volume Bereiken | Kenmerken |
|---|---|---|
| Vacuümblikjes | batches van 500g tot 20kg | Houdbaarheid tot 1 jaar |
| Printercartridges | Batches van 700 tot 1000 g | Minimale blootstelling bij hantering |
| Materiaal torens | Patronen van 700 tot 1200 g | Automatische invoer in printer |
Prijsklassen voor veelvoorkomende materialen in kleine hoeveelheden zijn:
Metaalpoeder kosten voor SLS printen
| Materiaal | Kleine hoeveelheid Prijsklasse* |
|---|---|
| Roestvrij staal 316L | $60-$100 per kg |
| Aluminium AlSi10Mg | $80-$130 per kg |
| Maragingstaal | $90-$140 per kg |
| Titaan Ti6Al4V | $200-$350 per kg |
| Kobaltchroom | $300-$500 per kg |
| Edelmetalen | $3000+ per kg |
SLS metaalpoeder materialen vergelijken
Er worden verschillende metaallegeringen gebruikt voor SLS printen, elk met hun eigen eigenschappen en nadelen:
Vergelijking SLS metaalpoeder materialen
| Parameter | Roestvrij staal | Gereedschapsstaal | Titanium legeringen | Nikkellegeringen | Kobalt Chroom | Aluminium legeringen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dikte | Medium | Hoger | Lager | Hoog | Hoog | Laagste |
| Kracht | Medium | Hoogste | Middelhoog | Middelhoog | Medium | Medium |
| Hardheid | Lager | Heel hoog | Medium | Medium | Hoger | Laag-Middelmatig |
| Corrosieweerstand | Uitstekend | Medium | Uitstekend | Uitstekend | Uitstekend | Gemiddeld-Goed |
| Bio-compatibiliteit | Goed | Beperkt | Uitstekend | Beperkt | Uitstekend | Goed |
| Hittebestendig | Medium | Middelhoog | Medium | Heel hoog | Heel hoog | Lager |
| Kosten | Laagste | Medium | Hoog | Heel hoog | Hoog | Laag |
We zien dat roestvast staal de beste combinatie van eigenschappen biedt wanneer de kosten een rol spelen, terwijl gereedschapsstaal extreme hardheid biedt. Titanium biedt biocompatibiliteit en sterkte bij een lage dichtheid. Superlegeringen zoals Inconel en CoCr bieden thermische stabiliteit en biocompatibiliteit. Aluminiumlegeringen zijn de meest kosteneffectieve lichtgewicht optie.
Voor- en nadelen van gewone SLS metaalpoeders
| Materiaal | Voordelen | Nadelen |
|---|---|---|
| Roestvrij staal | Kosteneffectief, gemakkelijk machinaal te bewerken | Lagere hardheid en sterkte |
| Gereedschapsstaal | Extreem hard en warmtebehandelbaar | Minder corrosiebestendigheid, biocompatibiliteit |
| Titanium legeringen | Sterk, lichtgewicht, bio-vriendelijk | Duur, kan verbranden in zuurstofatmosfeer |
| Nikkel legeringen | Uitstekende hittebestendigheid/corrosiebestendigheid | Zwaar, giftig, erg duur |
| Kobaltchroom | Biocompatibel, corrosiebestendig | Zwaar, gemiddelde kosten |
| Aluminium legeringen | Lichtgewicht, goede sterkte | Lager smeltpunt, hardheid |
Criteria voor de klant om SLS metaalpoeder te selecteren
| Selectiecriteria | Sleutelvragen |
|---|---|
| Mechanische eigenschappen | Voldoet het aan de beoogde toepassingssterkte, slijtvastheid en andere mechanische specificaties? |
| Materiaalkosten | Past het gewenste metaalpoedertype binnen het budget van de toepassing? |
| Nabewerking | Zijn er secundaire bewerkingen nodig zoals heet isostatisch persen of warmtebehandeling? |
| Productie | Is het doelvolume te hoog voor productie SLS printen? |
| Afmetingen onderdeelgrootte | Is het maximale bouwvolume van de printer voldoende voor de grootste onderdeelgeometrieën? |
| Resolutie, oppervlakteafwerking | Kan het SLS-proces voldoen aan de eisen voor fijne detaillering en oppervlaktekwaliteit? |
| Levertijd | Is de doorlooptijd van de leverancier acceptabel gezien de productietijd? |
De toepassing van het eindproduct bepaalt de optimale materiaalselectie, waarbij een evenwicht wordt gezocht tussen prestatiebehoeften en economische aspecten.
Overzicht SLS metaalprintproces
Inzicht in SLS 3D printen helpt om te begrijpen hoe poedereigenschappen de kwaliteit van onderdelen beïnvloeden:
SLS 3D Printing procesfasen
| Fase | Beschrijving |
|---|---|
| 3D-modellering | CAD-software maakt solid/mesh-model van te printen onderdeel |
| Snijden | Model wordt digitaal in lagen gesneden om printerbestand te genereren |
| Poeder verspreiden | Roller of mes verspreidt dunne laag poeder op bouwplatform |
| Laserscannen | CO2-laser scant over poederbed om deeltjes samen te smelten |
| Daalplatform | Bouwplatform verlaagt met 1 laagdikte (~50 micron) |
| Herhaal spreiden/smelten | Stappen herhalen totdat het volledige object laag voor laag is opgebouwd |
| Nabewerking | Overtollig poeder verwijderd, laatste behandelingen gedaan om onderdeel af te werken |
Hoe poederkenmerken afdrukresultaten beïnvloeden
| Poeder eigendom | Invloed op afdrukkwaliteit |
|---|---|
| Poedergeometrie | Bolvormige deeltjes met een goede vloeiing maken uniforme lagen zonder defecten mogelijk |
| Bereik deeltjesgrootte | Te fijne poeders stromen slecht, te grote poeders zorgen voor een slechte resolutie |
| Grootteverdeling | Een te brede verdeling kan segregatie of variabele smelt veroorzaken |
| Schijnbare dichtheid | Hogere dichtheid zorgt voor grotere dichtheid van het uiteindelijke onderdeel na sinteren |
| Ware dichtheid | Plaatst bovengrens op haalbare onderdeeldichtheid |
| Oppervlaktestructuur | Ruwe deeltjes kunnen gassen vasthouden of de poederstroom belemmeren |
We zien dat verschillende fysische poedereigenschappen een directe invloed hebben op de printresultaten, dus strenge controle door leveranciers is van cruciaal belang.
Nabewerking van SLS-geprinte metalen onderdelen
Na het SLS printproces helpen extra nabewerkingsstappen om de uiteindelijke eigenschappen van het onderdeel te verbeteren:
Gebruikelijke nabewerkingsstappen voor SLS-onderdelen
| Proces | Beschrijving | Voordelen |
|---|---|---|
| Poeder verwijderen | Overtollig poeder eraf geborsteld/gestraald | Onthult bedrukt object |
| Stress verlichtend | Verhitting om restspanningen te verwijderen | Verbetert de maatnauwkeurigheid |
| Oppervlakteafwerking | Schuren, polijsten, parelstralen | Maakt oppervlak glad, helpt coatinghechting |
| Infiltratie | Vloeistof vult resterende porositeit | Verhoogt de dichtheid verder, verbetert de sterkte |
| Hittebehandeling | Thermische uithardings- en ontlaatcycli | Verbetert de hardheid van staal |
Effecten van nabewerking op onderdeeleigenschappen
| Eigendom | Invloed van nabewerking |
|---|---|
| Dikte | Infiltratie met epoxy of brons vult poriën waardoor de dichtheid toeneemt 5-15% |
| Oppervlakteruwheid | Handmatig/automatisch polijsten kan ruwheid onder 2 micron bereiken |
| Dimensionale nauwkeurigheid | De spanningsverlichtende warmtecyclus vermindert kromtrekken en verbetert de precisie |
| Treksterkte | Infiltratie verbetert UTS terwijl warmtebehandeling de vloeigrens kan verdubbelen |
| Ductiliteit | Afweging met krachtverbetering door nabehandelingen |
| Hardheid | Precipitatiehardende legeringen zoals 17-4PH reageren goed op verouderingsbehandelingen |
Nabewerking maakt het dus mogelijk om de metaaleigenschappen verder aan te passen op basis van de toepassingsbehoeften.
SLS Metaaldruk Kwaliteitscontrole
Een consistente poedergrondstof van hoge kwaliteit in combinatie met de bewaking van het SLS-proces zorgt voor betrouwbare onderdelen:
Kwaliteitscontrole voor SLS metaalpoeder
| Parameter | Typische specificatie | Testmethoden |
|---|---|---|
| Deeltjesgrootteverdeling | Doorstroomsnelheid hal > 35s/50g | Zeven, laserdiffractie |
| Schijnbare dichtheid | 65-80% van ware dichtheid | Gravimetrische meting |
| Poeder samenstelling | Legeringsbereiken volgens ISO 27296 | Röntgenfluorescentie |
| Oppervlaktemorfologie | Mediaan-cirkelvorm > 0,75 | Microfoto's, beeldanalyse |
| Verontreiniging | < 50 ppm zuurstof, < 150 ppm stikstof | Analyse van inertgasfusie |
In-procesbewaking voor SLS-printen
| Metrisch | Gebruikte sensor | Doel |
|---|---|---|
| Laserkracht | Ingebouwde fotodiode | Behoudt fusieconsistentie |
| Temperatuur poederbed | IR-sensor | Zorgt voor integriteit van onderdelen, geen kromtrekken |
| Atmosfeer | Zuurstofanalysator | Vermijdt ontsteking van kruit in de bouwkamer |
| Laagdikte | Z-as encoder | Nauwkeurig reproduceerbare lagen |
Een dergelijke strenge controle van het ingangspoeder en de procesinstellingen resulteert in metalen onderdelen van hoge kwaliteit van elke productierun.
SLS-metaalprinten vergeleken met alternatieven
Andere metalen 3D printalternatieven voor SLS zijn onder andere:
Vergelijking van Metalen 3D Printing Methodes
| Metrisch | Binder jetting | DMLS | SLM | EBM |
|---|---|---|---|---|
| Grondstof | Metaal/polymeer mengpoeder | Metaalpoeder | Metaalpoeder | Metaaldraad/poeder |
| Energiebron | Vloeibaar bindmiddel | Vezellaser | Krachtige Yb-vezellaser | Elektronenbundel |
| Bouw snelheid | Matig, sneller dan lasermethoden | Traag door punt voor punt scannen | Zeer snel, volledig smelten | Snelste methode |
| Resolutie, oppervlakteafwerking | Slechter door bindmiddel, nabewerking helpt | Zeer goed dankzij fijne laserspot | Uitstekend dankzij volledig smelten | Matig door gedeeltelijk smelten |
| Dimensionale nauwkeurigheid | +/- 0,3% met CTQ-proces | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.2-0.3% |
| Nabewerking | Uitharden, sinteren beide nodig | Alleen ondersteuning voor verwijdering | Enige machinale bewerking kan nodig zijn | Meeste secundaire werk nodig |
| Kosten per onderdeel | Lagere materiaalkosten helpen de prijs te drukken | Veel hogere bedrijfskosten | Hoge apparatuur- en materiaalkosten | Hoge apparatuurkosten |
Van alle methoden is binder jetting het meest kosteneffectief gebleken voor de productie van metalen onderdelen bij lagere volumes tot 10.000 stuks. SLS biedt de eenvoudigste nabewerking in combinatie met een goede nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking.
Veelgestelde vragen
Welke industrieën gebruiken SLS-metaalprinten?
SLS-metaalprinten wordt gebruikt in de ruimtevaart, auto-industrie, medische industrie en vele andere industrieën waar metalen precisieonderdelen nodig zijn.
Wat is de nauwkeurigheid en resolutie van SLS-metaalprinten?
De nauwkeurigheid en resolutie zijn afhankelijk van verschillende factoren, zoals de machine, het materiaal en de procesparameters, maar SLS-metaalprinten kan hoge precisieniveaus bereiken.
Is nabewerking nodig voor SLS metaal-geprinte onderdelen?
Ja, nabewerking kan nodig zijn om ondersteunende structuren te verwijderen, de oppervlakteafwerking te verbeteren en te voldoen aan specifieke vereisten voor de toepassing.
Wat zijn de beperkingen van SLS-metaalprinten?
Enkele beperkingen zijn de kosten van de apparatuur, de beperkte grootte van de bouwkamers en de noodzaak van goede veiligheidsmaatregelen door het gebruik van lasers en metaalpoeders.
Kan SLS-metaal printen worden gebruikt voor massaproductie?
Ja, SLS-metaalprinten kan worden gebruikt voor zowel prototyping als de productie van kleine tot middelgrote aantallen metalen onderdelen.
Is SLS-metaal printen milieuvriendelijk?
Hoewel het materiaalafval kan verminderen in vergelijking met traditionele productiemethoden, zijn de afvoer van metaalpoeders en het energieverbruik factoren om rekening mee te houden wat betreft de impact op het milieu.
Zijn er veiligheidsmaatregelen bij het werken met SLS-metaalprinten?
Ja, er moeten veiligheidsmaatregelen worden genomen bij het werken met metaalpoeders en operators moeten worden opgeleid om veilig met lasersystemen te werken.
Wat zijn de kosten van SLS-metaalprintservices?
De kosten variëren afhankelijk van factoren zoals de materiaalkeuze, de complexiteit van de onderdelen en de hoeveelheid. Je kunt het beste offertes aanvragen bij dienstverleners voor specifieke projecten.
