通過原位合金化技術,3D打印可制造組分連續變化的梯度材料。例如,NASA的GRX-810合金在打印過程中梯度摻入0.5%-2%氧化釔顆粒,使高溫抗氧化性提升100倍,用于超音速燃燒室襯套。另一案例是銅-鉬梯度熱沉:銅端熱導率380W/mK,鉬端熔點2620℃,界面通過過渡層(添加0.1%釩)實現無缺陷結合。挑戰在于元素擴散控制:需在單道熔池內實現成分精確混合,激光掃描策略采用螺旋漸變路徑,能量密度從200J/mm3逐步調整至500J/mm3。德國Fraunhofer研究所已成功打印出熱膨脹系數梯度變化的衛星支架,溫差適應范圍擴展至-180℃~300℃。新型高熵合金粉末的開發為極端環境下的金屬3D打印提供了材料解決方案。江西模具鋼粉末咨詢
金屬粉末的球形度直接影響鋪粉均勻性和打印質量。球形顆粒(球形度>95%)流動性更佳,可通過霍爾流量計測試(如鈦粉流速≤25s/50g)。非球形粉末易在鋪粉過程中形成空隙,導致層間結合力下降,零件抗拉強度降低10%-30%。此外,衛星粉(小顆粒附著在大顆粒表面)需通過等離子球化處理去除,否則會阻礙激光能量吸收。以鋁合金AlSi10Mg為例,球形粉末的堆積密度可達理論值的60%,而不規則粉末40%,明顯影響終致密度(需>99.5%才能滿足航空標準)。因此,粉末形態是材料認證的主要指標之一。江西鈦合金粉末咨詢316L不銹鋼粉末通過SLM(選擇性激光熔化)技術成型,可生產復雜結構的耐高溫、抗腐蝕工業零件。
靜電分級利用顆粒帶電特性分離不同粒徑的金屬粉末,精度較振動篩提高3倍。例如,15-53μm的Ti-6Al-4V粉經靜電分級后,可細分出15-25μm(用于高精度SLM)和25-53μm(用于EBM)的批次,鋪粉層厚誤差從±5μm降至±1μm。日本Hosokawa Micron公司的Tribo靜電分選機,每小時處理量達200kg,能耗降低30%。該技術還可去除粉末中的非金屬雜質(如陶瓷夾雜),將航空級鎳粉的純度從99.95%提升至99.99%。但設備需防爆設計,避免粉末靜電積聚引發燃爆風險。
粘結劑噴射(Binder Jetting)通過噴墨頭選擇性沉積粘結劑,逐層固化金屬粉末,生坯經脫脂(去除90%以上有機物)和燒結后致密化。其打印速度是SLM的10倍,且無需支撐結構,適合批量生產小型零件(如齒輪、齒科冠橋)。Desktop Metal的“Studio System”使用420不銹鋼粉,燒結后密度達97%,成本為激光熔融的1/5。但該技術對粉末粒徑要求嚴苛(需<25μm),且燒結收縮率高達20%,需通過數字補償算法預先調整模型尺寸?;萜眨℉P)推出的Metal Jet系統已用于生產數百萬個不銹鋼剃須刀片,良品率超99%。鋁合金3D打印件經過熱處理后,抗拉強度可提升30%以上,但易出現熱裂紋缺陷。
電子束熔化(EBM)在真空環境中利用高能電子束逐層熔化金屬粉末,其能量密度可達激光的10倍以上,特別適合加工高熔點材料(如鈦合金、鉭和鎳基高溫合金)。EBM的預熱溫度通常為700-1000℃,可明顯降低殘余應力,避免零件開裂。例如,GE航空采用EBM制造LEAP發動機的燃油噴嘴,將傳統20個零件集成為單件,減重25%,耐溫性能提升至1200℃。但EBM的打印精度(約100μm)低于SLM,表面需后續機加工。此外,真空環境可防止金屬氧化,但設備成本和維護復雜度較高,限制了其在中小企業的普及。水霧化法制備的不銹鋼粉末成本較低,但流動性遜于氣霧化工藝生產的球形粉末。浙江金屬粉末咨詢
鋁合金AlSi10Mg粉末因其輕量化特性和優異熱傳導性能,成為汽車輕量化部件和散熱器的理想打印材料。江西模具鋼粉末咨詢
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