Ehilà! Se ti sei mai dilettato nella stampa 3D di metalli, nella spruzzatura termica o in parti di produzione avanzate, probabilmente hai sentito spesso il termine "polvere di lega". Ma ecco la cosa che fa inciampare molte persone, soprattutto i nuovi arrivati appena entrati nel gioco: cosa in realtàÈla dimensione delle particelle della polvere di lega? Capisco, non è la parte più affascinante del processo, ma credimi, è decisiva per il modo in cui risulterà il tuo prodotto finale. Essendo nel settore delle polveri di leghe ormai da oltre un decennio, ho risposto a questa domanda centinaia di volte, quindi analizziamolo come farei per un nuovo cliente che entra nel mio ufficio.
Prima di tutto, non complichiamolo eccessivamente. La dimensione delle particelle di polvere di lega è solo una misura di quanto sono grandi (o piccole) le minuscole particelle di metallo nel tuo lotto: semplice. Ma non è un numero valido per tutti. È un intervallo, giusto? Ad esempio, non ogni particella misura esattamente 20 micron; hai una distribuzione e quella distribuzione è ciò che conta di più. Per contestualizzare, un micron è un milionesimo di metro, quindi un granello di sabbia è solitamente di 90 micron o più grande, mentre un capello umano ha uno spessore di circa 50 micron. Capito? Quindi, quando parliamo di dimensioni delle polveri, ci troviamo in quel mondo minuscolo.
Vorrei dirlo in termini reali, dal momento che vendo diversi tipi di polvere di lega per tutti i tipi di lavori. Prendiamo ad esempio la polvere di lega di titanio: se la utilizzi per la stampa 3D con fusione a letto di polvere (quella di tipo sofisticato in cui si fondono strati di polvere per creare una parte), è necessaria una gamma di dimensioni compresa tra 15 e 45 micron. Se è troppo grande, la stampante non riesce a stendere uno strato sufficientemente sottile, quindi la tua parte potrebbe presentare degli spazi vuoti o essere debole. Se è troppo piccola, la polvere diventa grumosa e difficile da fluire, inoltre potrebbe causare problemi di polvere, che dobbiamo gestire con molta attenzione con il titanio perché è reattivo. Dovrei notare che applicazioni diverse richiedono intervalli diversi, quindi controlla sempre le specifiche del tuo processo. Ehi, se hai bisogno di più dettagli, controlla la nostra pagina Polvere di lega di titanio per le gamme esatte che offriamo per diversi casi d'uso.
Aspetta, parliamo del motivo per cui le dimensioni contano anche oltre il semplice "scorrere" o "stampare". Supponiamo che tu stia utilizzando polvere di lega di ferro per rivestire le parti per renderle resistenti alla ruggine o super dure. Se le particelle sono troppo grossolane, il rivestimento sarà irregolare: si otterranno punti spessi e punti sottili e quelli sottili si consumeranno rapidamente. Ma se sono troppo fini, la polvere potrebbe non "schizzarsi" proprio quando viene spruzzata, quindi si ottiene uno strato ruvido e poroso che non protegge bene. Per le polveri di ferroleghe, di solito lavoriamo con una gamma da 45 a 150 micron per applicazioni di spruzzatura termica, che viene testata più e più volte per assicurarne il funzionamento. Ecco perché non vendiamo solo polvere casuale: stabiliamo la distribuzione delle dimensioni perché influisce direttamente sul risultato finale.
Un altro grande: polvere di cobalto di carburo di tungsteno. Quella roba viene utilizzata per utensili da taglio, punte da trapano e parti che devono essere colpite. La dimensione delle particelle qui ècriticoper durezza e tenacità. Se hai particelle di carburo di tungsteno più fini (da 1 a 10 micron), otterrai uno strumento più duro che può trattenere il bordo più a lungo, ma è un po' più fragile. Se si utilizzano particelle più grossolane (da 10 a 30 micron), lo strumento è più resistente ma si usura più velocemente. Quindi il nostro mix qui è incentrato sul bilanciamento di tutto ciò, a seconda delle esigenze del cliente. In passato abbiamo avuto clienti che si rivolgevano a noi con un lotto scadente perché utilizzavano polvere della dimensione sbagliata per le loro lame da taglio, e semplicemente non funzionava. Non commettere questo errore: qui le dimensioni sono tutto.
Passiamo a qualcosa di un po' più familiare: polvere di bronzo-alluminio. Questa è la lega color oro spesso utilizzata per parti decorative, cuscinetti e componenti di valvole. Per le parti che necessitano di una finitura liscia, come quelle parti decorative, optiamo per particelle di dimensioni più piccole, ad esempio da 10 a 50 micron, perché si stendono in modo uniforme e conferiscono un aspetto gradevole e uniforme. Per i cuscinetti, tuttavia, potremmo utilizzare un intervallo leggermente più grossolano (da 50 a 100 micron) perché le particelle leggermente più grandi aiutano con la lubrificazione quando il cuscinetto è in movimento. Ho avuto un cliente che ha realizzato gioielli in metallo personalizzati con la nostra polvere di bronzo all'alluminio e hanno giurato sulla dimensione sottile perché faceva sembrare i loro pezzi fusi proprio come il vero bronzo, senza bordi irregolari. Questo è il tipo di dimensione del dettaglio che porta in tavola.
E la polvere di lega di nichel: oh cavolo, è un cavallo di battaglia per applicazioni ad alta temperatura, come parti di motori a reazione o forni industriali. Quelle parti devono sopportare un calore folle, quindi la polvere deve sciogliersi in modo uniforme e legarsi saldamente. Se la dimensione delle particelle è troppo irregolare, alcune particelle si scioglieranno prima di altre, causando punti deboli o incongruenze nella parte finale. Per la polvere di lega di nichel utilizzata nella fusione del letto di polvere laser, utilizziamo da 15 a 53 micron, mentre per i rivestimenti a spruzzo termico per componenti ad alto calore utilizziamo un valore leggermente più grossolano (da 45 a 150 micron). Abbiamo testato questo materiale in forni che funzionano a 1.000°C e la polvere della dimensione giusta non si rompe né si sfalda, la dimensione sbagliata si deteriora rapidamente. Questo è il tipo di affidabilità su cui contano i nostri clienti, e inizia con la scelta della taglia giusta.
Ora, come misuriamo effettivamente questa dimensione? Non è come usare un righello, ovviamente. Usiamo qualcosa chiamato diffrazione laser: spari un laser attraverso un campione di polvere e il modo in cui la luce si diffonde ci dice quanto sono grandi le particelle. È veloce e preciso, motivo per cui tutti i buoni fornitori di polveri lo utilizzano. Setacciamo anche la polvere attraverso maglie di diverse dimensioni per separare le particelle in intervalli specifici: ad esempio, se vuoi solo 15-45 micron, setacciamo tutto ciò che è più piccolo di 15 e più grande di 45. A volte eseguiamo sia la diffrazione laser che l'analisi del setaccio per ricontrollare, perché non vuoi sorprese quando la polvere colpisce la tua officina.
Ecco una domanda comune che ricevo: “più fine” significa “migliore”? Risposta breve: no. Se usi la polvere per una parte che deve essere resistente, una polvere più grossolana potrebbe essere migliore. Se hai bisogno di una finitura liscia o di tolleranze strette, la strada da percorrere è più fine. Tutto dipende dal processo e da cosa farà la parte. Una volta ho avuto un cliente che ha ordinato polvere di titanio super fine perché pensava che avrebbe creato una parte stampata in 3D più resistente, ma alla fine ha causato problemi di flusso nella sua stampante e ha creato parti con maggiore porosità. Lo abbiamo adattato a un intervallo di 20-63 micron e le sue parti erano decisamente migliori. Ecco perché parlare di dimensioni non è solo una questione di numeri: si tratta di abbinare questi numeri alle tue esigenze specifiche.
Un'altra cosa da tenere a mente: anche la forma delle particelle può essere collegata alle dimensioni, ma questa è tutta un'altra conversazione. Le particelle rotonde scorrono meglio, motivo per cui molta polvere viene atomizzata (spruzzata in minuscole goccioline che si solidificano in sfere). Le particelle irregolari potrebbero avere una distribuzione dimensionale diversa ma funzionano per determinate applicazioni, come lo stampaggio a iniezione di metalli. Ma anche nella forma la dimensione resta la base di tutto. Puoi avere polvere rotonda della dimensione sbagliata e comunque non funzionerà correttamente.
Quindi, se sei alla ricerca di polvere di lega, non chiedere semplicemente "polvere di lega", chiedi informazioni sull'intervallo di dimensioni delle particelle. Che tu abbia bisogno di titanio per la stampa 3D, lega di ferro per rivestimenti, cobalto di carburo di tungsteno per utensili da taglio, bronzo di alluminio per parti decorative o lega di nichel per lavori ad alta temperatura, le dimensioni faranno o distruggeranno il tuo progetto. A proposito, abbiamo anche gamme personalizzate: se hai bisogno di qualcosa che non sia disponibile in commercio, possiamo lavorare con te per trovare la dimensione esatta di cui hai bisogno.
In fin dei conti, lo faccio da abbastanza tempo per sapere che le persone vogliono solo polvere su cui poter contare. Non vogliono avere a che fare con parti che si guastano perché la polvere ha le dimensioni sbagliate, o dover rilavorare un intero lotto perché hanno scelto la gamma sbagliata. Ecco perché qui puntiamo sulla trasparenza: ti diciamo esattamente quale dimensione stai ottenendo, come viene misurata e perché quell'intervallo funziona per la tua applicazione. Se sei stanco di avere a che fare con fornitori che vendono solo “polvere” senza i dettagli, contattaci. Saremo lieti di illustrarti il tuo progetto, rispondere a tutte le tue domande sulla dimensione delle particelle e fornirti la polvere di lega giusta per il tuo lavoro. Non lasciare che un piccolo dettaglio come la dimensione delle particelle rovini il tuo prossimo grande progetto: contattaci e ci assicureremo che tu abbia esattamente ciò di cui hai bisogno.
Riferimenti:
- ASTM B821-21, Metodo di prova standard per la distribuzione dimensionale delle particelle di polveri metalliche e composti correlati mediante diffrazione laser
- Powell, GL e Edington, JW (1980). L'effetto della dimensione delle particelle di polvere sulle proprietà delle leghe sinterizzate. Giornale di scienza dei materiali, 15(10), 2570-2578.
- Società di spruzzo termico. (2020). Manuale della tecnologia di spruzzatura termica (2a ed.). ASM Internazionale.
- Kruth, JP, Levy, G., Klocke, F., & Childs, THC (2007). Fenomeni di consolidamento nella produzione stratificata basata su laser e letto di polvere. Annali CIRP - Tecnologia di produzione, 56(2), 730-759.