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。粉末冶金烧结过程中的液相形成机制对硬质合金的晶粒长大有决定性影响。山西铝合金粉末合作
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%。绍兴因瓦合金粉末合作粉末冶金多孔材料凭借可控孔隙结构在过滤器和催化剂载体领域应用广阔。
SLM是目前应用广的金属3D打印技术,其主要是通过高能激光束(功率通常为200-1000W)逐层熔化金属粉末,形成致密实体。工艺参数如激光功率、扫描速度和层厚(通常20-50μm)需精确匹配:功率过低导致未熔合缺陷,过高则引发飞溅和变形。为提高效率,多激光系统(如四激光同步扫描)被用于大尺寸零件制造。SLM适合复杂薄壁结构,例如航空航天领域的燃油喷嘴,传统工艺需20个部件组装,SLM可一体成型,减少焊缝并提升耐压性。然而,残余应力控制仍是难点,需通过基板预热(比较高达500℃)和支撑结构优化缓解开裂风险。
钴铬合金(如CoCrMo)因高耐磨性、无镍毒性,成为牙科冠桥、骨科关节的优先材料。传统铸造工艺易导致成分偏析,而3D打印钴铬合金粉末通过逐层堆积,可实现个性化适配。例如,某品牌3D打印钴铬合金牙冠,通过患者口腔扫描数据直接成型,边缘密合度<50μm,使用寿命较传统工艺延长3倍。在骨科领域,某医院采用3D打印钴铬合金膝关节假体,通过多孔结构设计促进骨长入,术后发病率从2%降至0.3%。但钴铬合金粉末硬度高(HRC 35-40),需采用高功率激光器(≥500W)才能完全熔化,设备成本较高。金属粘结剂喷射成型技术(BJT)通过逐层粘接和后续烧结实现近净成形制造。
316L不锈钢粉末因其优异的耐腐蚀性和可加工性,成为工业级3D打印的关键材料。通过粉末床熔融(PBF)技术制造的316L零件,微观结构呈现蜂窝状奥氏体相,屈服强度可达500MPa以上,延伸率超过40%。该材料广泛应用于石油化工管道、海洋装备和食品加工设备。值得注意的是,粉末的球形度(>95%)和流动性(霍尔流速≤25s/50g)直接影响打印质量。目前行业采用气雾化工艺生产高纯度(O<0.03%)不锈钢粉末,同时开发了含铜抑菌不锈钢粉末以满足医疗器械的特殊需求。铝合金3D打印件经过热处理后,抗拉强度可提升30%以上,但易出现热裂纹缺陷。北京3D打印金属粉末合作
梯度材料3D打印技术可实现金属-陶瓷复合结构的逐层成分调控。山西铝合金粉末合作
纳米级金属粉末(粒径<100nm)可实现超高分辨率打印(层厚<5μm),用于微机电系统(MEMS)和医疗微型传感器。例如,纳米银粉打印的柔性电路导电性接近块体银,但成本是传统蚀刻工艺的3倍。主要瓶颈是纳米粉的高活性:比表面积大导致易氧化(如铝粉自燃),需通过表面包覆(如二氧化硅涂层)或惰性气体封装储存。此外,纳米颗粒吸入危害大,需配备N99级防护的封闭式打印系统。日本JFE钢铁已开发纳米铁粉的稳定制备工艺,未来或推动微型轴承和精密模具制造。
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