티타늄 합금 분말의 입자 크기 특성 요구 사항
티타늄 합금(Ti6Al4V)은 SLM 금속 인쇄에서 가장 널리 사용되는 재료 중 하나이며 분말 특성은 인쇄 품질에 결정적인 영향을 미칩니다. 이상적인 티타늄 합금 분말 입자 크기 분포는 15~45μm 범위로 정규 분포 형태를 나타냅니다. 입자 크기가 너무 작은(15μm 미만) 분말은 유동성이 좋지 않고 뭉치기 쉽습니다. 또한 분말 살포 과정에서 먼지가 날아와 인쇄 품질과 작업 안전에 영향을 미칩니다. 입자 크기가 지나치게 큰(45μm 초과) 분말은 완전히 녹지 않으며 비융합 결함이 발생하기 쉽습니다. 분말의 D10, D50, D90 값은 규정된 범위 내에서 조절되어야 하며, D50 값은 25~35μm가 바람직하다. 분말의 입자 크기 분포 폭(스팬)은 1.5 미만이어야 합니다. 분포가 너무 넓으면 용융 거동이 일관되지 않게 됩니다.
분말 구형성과 유동성의 관계
분말 구형성은 SLM 재료의 품질을 평가하는 핵심 지표입니다. 고품질 티타늄 합금 분말의 구형도는 90% 이상이어야 하며 이는 완벽한 구형에 가깝습니다. 구형 분말은 더 나은 유동성과 분말 퍼짐 균일성을 가지며 각 분말 층의 일정한 두께를 보장합니다. 위성 입자(큰 입자의 표면에 부착된 작은 입자)는 분말 유동성을 감소시키므로 최소한으로 제어해야 합니다. 분말 표면 거칠기는 유동성에도 영향을 미치며, 유도결합플라즈마(IGA) 미립화 방식으로 제조된 분말 표면이 더 매끄러워집니다. 분말 유동성 테스트에는 홀 유량 테스트와 안식각 테스트가 포함됩니다. 유량 값은 25s/50g 미만이어야 합니다.
입자 크기 분포가 용융 거동에 미치는 영향
레이저 조사에 따라 입자 크기가 다른 분말 입자의 흡광도와 용융 속도에 차이가 있습니다. 미세입자는 비표면적이 크고, 광흡수 효율이 높으며, 용융 속도가 빠르지만 과열 및 박리가 발생하기 쉽습니다. 거친 입자를 녹이려면 더 높은 에너지 입력이 필요하고 녹는 깊이가 더 큽니다. 입자 크기 분포가 고르지 않으면 용융 채널이 불안정해지고 부품의 밀도와 표면 품질에 영향을 미칩니다. 레이저 매개변수는 분말 특성에 따라 최적화되어야 합니다. 에너지 밀도가 너무 높으면 열쇠 구멍 효과가 발생하고, 에너지 밀도가 너무 낮으면 핵융합이 부족해집니다. 스캐닝 전략은 용융 효과에도 영향을 미치며 합리적인 스캐닝 간격은 분말 입자 크기와 일치해야 합니다.
표면 품질과 치수 정확도의 관계
분말 입자 크기는 인쇄된 부품의 표면 거칠기에 직접적인 영향을 미칩니다. 미세한 분말은 보다 섬세한 표면을 얻을 수 있으며 Ra 값은 5-10μm 범위에서 제어할 수 있습니다. 거친 분말로 인쇄된 표면은 더 거칠고 Ra 값은 일반적으로 15-25μm입니다. 표면 품질 요구 사항이 높은 부품의 경우 더 미세한 분말을 사용하거나 인쇄 후 기계 가공 및 광택 처리해야 합니다. 분말 특성은 부품의 치수 정확도에도 영향을 미칩니다. 유동성이 좋은 분말은 일정한 분말 코팅 두께를 보장하고 Z 방향 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 분말의 벌크 밀도는 용융 후 치밀화 수축에 영향을 미치며 이는 결국 부품 크기에도 영향을 미칩니다.
분말 품질 관리 및 재활용 관리
티타늄 합금 분말의 품질 관리는 조달, 사용, 재활용의 전 과정을 거쳐야 합니다. 새로운 분말을 구매할 때 기술 사양을 충족하는지 확인하기 위해 재료 인증서와 입자 크기 분석 보고서를 받아야 합니다. 응집체와 큰 불순물을 제거하기 위해 사용하기 전에 스크리닝이 필요합니다. 인쇄 과정에서 파우더 상태를 모니터링하고 정기적으로 새 파우더를 보충하며 파우더 풀의 파우더 입자 크기를 안정적으로 유지해야 합니다. 분말을 재활용할 때 입자 크기 분포의 변화를 정기적으로 감지하고 미세 분말과 불순물을 걸러내는 것이 필요합니다. 분말은 수분 흡수 및 산화를 방지하기 위해 건조하고 불활성인 환경에 보관해야 합니다. 분말의 사용횟수는 5~8회 이내로 조절하는 것이 좋습니다. 여러 주기를 거친 후에는 분말의 성능이 크게 저하됩니다.