ВИМОГИ ДО ПОРОШКІВ МЕТАЛІВ ТА СПЛАВІВ ДЛЯ 3D-ДРУКУ (Огляд)

Анотація

Розглянуто п`ять методів 3D-друку, в яких можуть бути застосовані порошки металів або сплавів. Показано, що найбільш перспективними методами є плавлення у порошковому шарі, спрямоване енергетичне осадження та розбризкування зв`я­зую­чого матеріалу. Розглянуто загальні вимоги до порошків, які застосовуються у цих технологіях, та найбільш важливі їх характеристики (розмір, форма частинок, сипкість). Окремо розглянуто хімічний склад порошків нікелевих сплавів двох виробників. Проаналізовано особливості поведінки порошків при використанні двох типів розкидачів (у вигляді ножа або валика). Показано, що розмір d₉₀ не відповідає реальним вимогам, натомість необхідно враховувати d_max. Відомий факт повторного використання порошків з частинками несферичної форми (суміші сферичних і несферичних частинок), але чітких рекомендацій щодо їх застосування поки немає. При дослідженні властивостей порошків недостатньо уваги приділено формі частинок. В адитивних процесах уже використовують порошки з несферичною формою частинок (одержані, зокрема, розмелом), але у більшості випадків не визначають показники форми та їх дисперсію. Потрібно виділити основні критерії форми частинок, які корелюють із сипкістю порошку. Показано, що стандартна величина сипкості порошків (яку визначають випробуванням на текучість) недостатньо характеризує їх динамічну поведінку, не дозволяє порівнювати порошки з суттєво різною щільністю насипки та різним матеріалом частинок, а тому вимагає коригування. Для розглянутих процесів найважливішою характеристикою є здатність порошку за певних умов утворювати тонкий плаский шар. Запропоновано нову характеристику динамічної поведінки порошку — розповсюджуваність. Вона включає два критерії: частка покриття будівельної плити та динамічний кут потоку порошку, — кожен з яких має свої вади. Але на сьогоднішній день немає узгодженої техніки тестування розповсюджуваності, як і показника, що міг би її характеризувати. Існує лише розуміння того, що метод дослідження повинен якомога краще відтворювати умови поведінки порошку у 3D-принтері під час його роботи. Залучають такі методи, як обертання барабану з порошком (прилад GranuDrum) або давно розроблену класифікацію фармацевтичних препаратів за текучістю, яку намагаються застосувати для металевих порошків. Так, згідно з нею, відмінна текучість притаманна порошкам з величиною кута природного укосу від 25 до 30 град, коєфіцієнта Хаузнера — менше 1,11 та індекса Карра — менше 15%. Правомірність такого застосування потребує ґрунтовної перевірки. Розглянуто переваги і недоліки основних способів одержання порошків різних металів та сплавів, які використовують у 3D-принтерах, а саме: газового розпилення розплаву з плавленням у тиглі без вакуумування та з вакуумуванням, з індукційним плавленням; розпилення плазмою з використанням попередньо виготовленого прутка; розпилення за допомогою іонізованого газу або плазми прутка, що швидко обертається, та інших. Газове  розпилення, як промисловий метод, залишається найбільш затребуваним. Одержання порошку більш високої якості з високоактивних елементів дозволяє виготовляти нову продукцію вищої якості, але водночас потребує додаткових витрат.