3D打印金屬粉末的制備是技術鏈的關鍵環節,主要依賴霧化法。氣霧化(GA)和水霧化(WA)是主流技術:氣霧化通過高壓惰性氣體(如氬氣)將熔融金屬液流破碎成微小液滴,快速冷卻后形成高球形度粉末,氧含量低,適用于鈦合金、鎳基高溫合金等高活性材料;水霧化則成本更低,但粉末形狀不規則,需后續處理。近年等離子旋轉電極霧化(PREP)技術興起,通過離心力甩出液滴,粉末純凈度更高,但產能受限。粉末粒徑通常控制在15-53μm,需通過篩分和氣流分級確保均勻性,以滿足不同打印設備(如SLM、EBM)的鋪粉要求。納米級金屬粉末的制備技術突破推動了微尺度金屬3D打印設備的發展。貴州冶金粉末品牌
超高速激光熔覆(EHLA)以10-50m/min的掃描速度在基體表面熔覆金屬粉末,熱輸入降低至常規熔覆的10%,實現納米晶涂層(晶粒尺寸<100nm)。德國亞琛大學采用EHLA在柴油發動機活塞環表面熔覆WC-12Co粉末,硬度達HRC 65,耐磨性提升8倍,使用壽命延長至50萬公里。關鍵技術包括:① 同軸送粉精度±0.1mm;② 激光-粉末流耦合控制(能量密度300J/mm2);③ 閉環溫控系統(波動±5℃)。中國徐工集團應用EHLA修復礦山機械軋輥,單件修復成本降低70%,但涂層結合強度(>450MPa)需通過HIP后處理保障,工藝鏈復雜度增加。金華因瓦合金粉末合作等離子旋轉電極霧化(PREP)技術可制備高純度、低氧含量的鈦合金球形粉末。
AlSi10Mg鋁合金粉末在汽車和航天領域都掀起了輕量化革新。其密度為2.68g/cm3,通過電子束熔融(EBM)技術成型的散熱器、衛星支架等部件可減重30%-50%。研究發現,添加0.5%納米Zr顆粒可細化晶粒至5μm以下,明著提升抗拉強度至450MPa。全球帶領企業已推出低孔隙率(<0.2%)的改性鋁合金粉末,配合原位熱處理工藝使零件耐溫性突破200℃。但需注意鋁粉的高反應性需在惰性氣體環境中處理,粉末回收率控制在80%以上才能保證經濟性。
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。鈦合金粉末憑借其高的強度、耐腐蝕性和生物相容性,被廣泛應用于航空航天部件和醫療植入體的3D打印制造。
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。惠普(HP)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%。高溫合金粉末在航空發動機渦輪葉片3D打印中展現出優異的耐高溫蠕變性能。浙江鋁合金粉末咨詢
冷噴涂增材制造技術通過高速粒子沉積,避免金屬材料經歷高溫相變過程。貴州冶金粉末品牌
3D打印鎢-錸合金(W-25Re)噴管可耐受3200℃高溫燃氣,較傳統鉬基合金壽命延長5倍。SpaceX的SuperDraco發動機采用SLM打印的Inconel 718燃燒室,內部集成500條微冷卻通道(直徑0.3mm),使比沖提升至290s。關鍵技術包括:① 使用500W近紅外激光(波長1070nm)增強鎢粉吸收率;② 基板預熱至1200℃減少熱應力;③ 氬-氫混合保護氣體抑制氧化。俄羅斯托木斯克理工大學開發的電子束懸浮熔煉技術,可直接在真空環境中打印純鎢部件,密度達99.98%,但成本為常規SLM的3倍。貴州冶金粉末品牌