3D打印金属粉末的制备是技术链的关键环节,主要依赖雾化法。气雾化(GA)和水雾化(WA)是主流技术:气雾化通过高压惰性气体(如氩气)将熔融金属液流破碎成微小液滴,快速冷却后形成高球形度粉末,氧含量低,适用于钛合金、镍基高温合金等高活性材料;水雾化则成本更低,但粉末形状不规则,需后续处理。近年等离子旋转电极雾化(PREP)技术兴起,通过离心力甩出液滴,粉末纯净度更高,但产能受限。粉末粒径通常控制在15-53μm,需通过筛分和气流分级确保均匀性,以满足不同打印设备(如SLM、EBM)的铺粉要求。水雾化法制备的不锈钢粉末成本较低,但流动性逊于气雾化工艺生产的球形粉末。河南粉末
等离子球化技术通过高温等离子体将不规则金属颗粒重新熔融并球形化,明显提升粉末流动性和打印质量。例如,钨粉经球化后霍尔流速从45s/50g降至22s/50g,堆积密度提高至理论值的65%,适用于电子束熔化(EBM)工艺。该技术还可处理回收粉末,去除卫星粉和氧化层,使316L不锈钢回收粉的氧含量从0.1%降至0.05%。德国H.C. Starck公司开发的射频等离子系统,每小时可处理50kg钛粉,成本较新粉降低40%。但高能等离子体易导致小粒径粉末蒸发,需精细控制温度和停留时间。四川粉末品牌粉末冶金齿轮通过模压-烧结-精整工艺制造的密度可达理论密度的95%以上。
金属3D打印的主要材料——金属粉末,其制备技术直接影响打印质量。主流工艺包括氩气雾化法和等离子旋转电极法(PREP)。氩气雾化法通过高速气流冲击金属液流,生成粒径分布较宽的粉末,成本较低但易产生空心粉和卫星粉。而PREP法利用等离子电弧熔化金属棒料,通过离心力甩出液滴形成球形粉末,其氧含量可控制在0.01%以下,球形度高达98%以上,适用于航空航天等高精度领域。例如,某企业采用PREP法生产的钛合金粉末,其疲劳强度较传统工艺提升20%,但设备成本是气雾化法的3倍。
目前金属3D打印粉末缺乏全球统一标准,ASTM和ISO发布部分指南(如ASTM F3049-14针对钛粉)。不同厂商的粉末氧含量(钛粉要求<0.15%)、霍尔流速(不锈钢粉<25s/50g)等指标差异明显,导致跨平台兼容性问题。欧洲“AM Power”组织正推动粉末批次认证体系,要求供应商提供完整的生命周期数据(包括回收次数和热处理历史)。波音与GKN Aerospace联合制定的“BPS 7018”标准,规范了镍基合金粉的卫星粉含量(<0.3%),成为航空供应链的参考基准。
粘结剂喷射(Binder Jetting)通过喷墨头选择性沉积粘结剂,逐层固化金属粉末,生坯经脱脂(去除90%以上有机物)和烧结后致密化。其打印速度是SLM的10倍,且无需支撑结构,适合批量生产小型零件(如齿轮、齿科冠桥)。Desktop Metal的“Studio System”使用420不锈钢粉,烧结后密度达97%,成本为激光熔融的1/5。但该技术对粉末粒径要求严苛(需<25μm),且烧结收缩率高达20%,需通过数字补偿算法预先调整模型尺寸。惠普(HP)推出的Metal Jet系统已用于生产数百万个不锈钢剃须刀片,良品率超99%。钛合金因其优异的比强度和生物相容性,成为骨科植入物3D打印的先选材料。内蒙古冶金粉末价格
3D打印金属粉末的粒径分布和球形度直接影响打印件的致密性和机械性能。河南粉末
纳米级金属粉末(粒径<100nm)使微尺度3D打印成为可能。美国NanoSteel的Fe-Ni纳米粉通过双光子聚合(TPP)技术打印出直径10μm的微型齿轮,精度达±200nm。应用包括MEMS传感器和微流控芯片:银纳米粉打印的电路线宽1μm,电阻率1.6μΩ·cm,接近块体银性能。但纳米粉的储存与处理极具挑战:需在-196℃液氮中防止氧化,打印环境需<-70℃。日本TDK公司开发的纳米晶粒定向技术,使3D打印磁性件的矫顽力提升至400kA/m,用于微型电机效率提升15%。
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