Toz Yatak Füzyon (PBF) eklemeli imalat, en hızlı büyüyen ve en yaygın kullanılan metal 3B baskı teknolojisidir. Yüksek şekillendirme hassasiyeti, iyi mekanik özellikler, karmaşık bileşenler ve yüksek şekillendirme verimliliği gibi avantajlar sunar. Toz yatak füzyon eklemeli imalatta yaygın olarak kullanılan metal 3B baskı tozları arasında titanyum alaşımları, nikel bazlı alaşımlar, demir bazlı alaşımlar, kobalt-krom alaşımları, alüminyum alaşımları, bakır alaşımları ve tungsten, molibden, tantal ve niyobyum gibi refrakter metaller bulunur.
Hammadde olarak metal tozlarının kalitesi, nihai ürünün kalitesini büyük ölçüde belirler. Tozun temizliği, morfolojisi ve parçacık boyutu dağılımı, parçaların şekillendirme performansını etkileyen temel faktörlerdir.
Toz Temizliği
3B baskı için metal tozlarının kimyasal bileşimi, metal elementler ve safsızlıklardan oluşur. Yaygın metal elementler arasında Fe, Ti, Ni, Al, Cu, Co, Cr ve Ag ve Au gibi değerli metaller bulunur. Safsızlıklar çoğunlukla Si, Mn, C, S, P, O ve indirgenmiş demirde bulunan diğerleri gibi metal bileşikleri veya metal olmayan bileşenlerden oluşur. Hammadde ve toz üretim süreci sırasında SiO2, Al2O3, silikatlar, çözünmeyen metal karbürler ve diğer asitte çözünmeyen maddeler gibi mekanik kapanımlar oluşabilir. Oksijen, su buharı ve diğer gazlar da toz yüzeyine adsorbe olabilir.
Lazer veya elektron ışını tozu taradığında, safsızlıklar ana metalle reaksiyona girerek özelliklerini değiştirebilir ve 3B yazdırılmış parçaların kalitesini etkileyebilir. Ayrıca, kalıntılar tozun düzensiz erimesine neden olarak nihai parçada iç kusurlara yol açar. Özellikle mekanik kalıntılar, parçaların tokluğunu, özellikle de darbe tokluğunu önemli ölçüde azaltır. Metalik olmayan kalıntılar da şekil verilen parçalar üzerinde farklı etkilere sahiptir.
Yüksek oksijen içeriğine sahip durumlarda, ana metalin yüksek sıcaklıklarda oksidasyonu, performansı etkileyen ve küreselleşmeye yol açarak parçaların hem yoğunluğunu hem de şekillendirme kalitesini düşürebilen yoğun bir oksit filmi oluşturur. Çelikteki karbon, fosfor, kükürt, oksijen ve azot gibi elementler tokluğa özellikle zararlıdır. Bu nedenle, tozdaki safsızlık seviyeleri ve kalıntılar, eklemeli üretim sürecinin gerekliliklerini ve nihai parçaların performansını karşılamak için sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir.
Toz Morfolojisi
bu morfoloji Tozun yoğunluğu ve akışkanlığı doğrudan toz besleme sürecini ve parçanın nihai performansını etkiler.
Toz yatak füzyon eklemeli imalatında, toz yayma mekanizması toz parçacıklarının şekillendirme alanına eşit şekilde dağılmasını sağlar. Düzgün ve düz bir toz yatağı elde etmek için iyi akışkanlık şarttır. Küresel ve küresele yakın tozlar iyi akışkanlık, yüksek hacim yoğunluğu ve homojen bir yapı sunarak, toz yatak füzyon eklemeli imalatı için tercih edilen hammaddeler haline gelir.
Ancak, küresel ve küresele yakın tozlarda içi boş veya uydu tozlar mevcutsa, parçanın nihai performansı olumsuz etkilenecektir. İçi boş tozlar, 70 µm'den büyük parçacık boyutlarına sahip tozlarda daha yaygındır ve bu da oluşturulan parçada giderilmesi zor gözenekler gibi kusurlara yol açar. Uydu tozu akışkanlığı azaltır ve tozun düzgün birikmesini engeller. Bu işlem, sürekli toz katmanlarının yayılması sırasında gerçekleşir ve parça kusurlarına neden olur. Bu nedenle, toz yatak füzyon eklemeli imalatında kullanılan metal tozlarında içi boş ve uydu toz oranı en aza indirilmelidir.
Toz Parçacık Boyut Dağılımı
Toz parçacık boyut dağılımı, toz sistemindeki farklı boyutlardaki parçacıkların bileşimini ve çeşitliliğini belirler. Toz parçacık özelliklerini tanımlamak için önemli bir parametredir. Parçacık boyutu, eklemeli imalat sürecinde toz serme kalitesini, şekillendirme hızını, doğruluğu ve organizasyonel homojenliği doğrudan etkiler. Farklı prosesler farklı toz parçacık boyutları gerektirir. Lazer seçici eritme teknolojisi (SLM), 15-45 µm parçacık boyutlarına sahip tozlar kullanırken, elektron ışınlı seçici eritme teknolojisi (SEBM) 45-106 µm tozları kullanır.
Termodinamik ve kinetik açıdan bakıldığında, daha küçük toz parçacıkları daha geniş yüzey alanlarına sahiptir ve bu da sinterleme itici gücünü artırır. Küçük parçacıklar parça oluşumuna yardımcı olur. Ancak, aşırı ince tozlar akışkanlığı azaltır, yoğunluğu düşürür, elektrik iletkenliğini düşürür ve baskı sırasında küreselleşmeye neden olur. Kaba tozlar sinterleme aktivitesini azaltır, tozun düzgün yayılmasını engeller ve kalıplama doğruluğunu düşürür. Bu nedenle, toz yatağı füzyon katkılı imalatından faydalanarak hacim yoğunluğunu ve akışkanlığı iyileştirmek için kaba ve ince tozların dengelenmesi önemlidir.
Araştırmalar, daha geniş bir parçacık boyutu dağılımının yayılma sırasında toz yatak yoğunluğunu artırdığını göstermektedir. Daha küçük parçacıklar, daha büyük parçacıklar arasındaki boşlukları doldurarak yoğunluğu artırır.
Toz Kohezyonu
Lazer toz yatak füzyonunda, metal toz katmanları lazerle yayılır ve eritilir. Tozun kohezyonu, yayılma düzgünlüğünü ve şekillendirme kalitesini etkiler. Kohezyon, parçacık boyutu ve morfolojisiyle birlikte önemli bir faktördür. İlaç ve gıda endüstrilerinde, toz kohezyonunun akışkanlık üzerindeki etkisi iyi incelenmiştir. Kohezyon, mekanik yük, parçacık etkileşim kuvvetleri ve adsorbe edilen nemden kaynaklanan kılcal kuvvetler gibi faktörlerden etkilenir. Bu faktörler akışkanlığı etkiler ve bu da yayılmayı etkiler.
Parçacık boyutu, morfolojisi ve yüzey özelliklerindeki değişiklikler yayılma ve şekillendirme kalitesini etkiler. Makul bir boyut dağılımı, daha yüksek küresellik ve azaltılmış kohezyon, yığın yoğunluğunu ve yayılma kalitesini artırır. Bu da gözenekleri ve kaynaşmamış kusurları azaltarak nihai parça yoğunluğunu ve kalitesini iyileştirir.
Katmanlı Üretim için Metal Tozu Endüstrisinin Mevcut Durumu
Çin, toz yatak füzyonu için metal tozu Ar-Ge ve sanayileşmesinde önemli ilerleme kaydetmiştir. Ancak, yabancı ülkelerin gerisinde kalmaktadır. Temel teknolojiler ve ekipmanlar çoğunlukla Almanya, ABD ve Birleşik Krallık gibi ülkelerin kontrolündedir. Carpenter ve GE (ABD), LPW, Sandvik ve GKN (Birleşik Krallık) ve Höganäs (İsveç) gibi şirketler, eklemeli üretim için 60%'den fazla titanyum alaşım tozu patentine sahiptir. Bazı ülkeler, titanyum alaşımları gibi küresel metal tozlarının ihracatını kısıtlayarak hammadde maliyetlerini artırmakta ve tedarik döngülerini uzatmaktadır. Bu durum, Çin'in toz yatak füzyonu ve metal eklemeli üretim endüstrilerinin gelişimini engellemektedir.
Bu sorunu çözmek için Çin, bağımsız fikri mülkiyete sahip metal alaşım sistemleri (titanyum alaşımları gibi) geliştirmelidir. Yüksek kaliteli küresel toz üretimindeki temel zorlukların çözülmesi, maliyetleri düşürecek, üretimi artıracak ve havacılık ve biyomedikal gibi sektörlere fayda sağlayacaktır.
Epik Toz Makinaları
Epik Toz Makinaları Katmanlı üretim ve diğer endüstriler için gelişmiş toz işleme ekipmanlarının lider tedarikçisidir. İnovasyon ve kaliteye odaklanarak, toz özelliklerini optimize etmek, metal 3D baskı süreçlerinin performansını artırmak ve müşterilerimizin özel ihtiyaçlarını karşılamak için son teknoloji çözümler sunuyoruz. İster katmanlı üretim için metal tozları üretiyor olun, ister diğer uygulamalar için toz özelliklerini geliştiriyor olun, Epik Toz toz bazlı endüstrilerde başarıyı getiren güvenilir, yüksek performanslı ekipmanlar sağlamaya kendini adamıştır.