SLM是目前應用廣的金屬3D打印技術,其主要是通過高能激光束(功率通常為200-1000W)逐層熔化金屬粉末,形成致密實體。工藝參數如激光功率、掃描速度和層厚(通常20-50μm)需精確匹配:功率過低導致未熔合缺陷,過高則引發飛濺和變形。為提高效率,多激光系統(如四激光同步掃描)被用于大尺寸零件制造。SLM適合復雜薄壁結構,例如航空航天領域的燃油噴嘴,傳統工藝需20個部件組裝,SLM可一體成型,減少焊縫并提升耐壓性。然而,殘余應力控制仍是難點,需通過基板預熱(比較高達500℃)和支撐結構優化緩解開裂風險。粉末床熔融(PBF)技術通過精確控制激光參數,可實現99.5%以上的材料致密度。浙江模具鋼粉末
3D打印固體氧化物燃料電池(SOFC)的鎳-YSZ陽極,多孔結構使電化學反應表面積增加5倍,輸出功率密度達1.2W/cm2(傳統工藝0.8W/cm2)。氫能領域,鈦基雙極板通過內部流道拓撲優化,使燃料電池堆體積減少30%。美國Relativity Space打印的液態甲烷/液氧火箭發動機,采用鉻鎳鐵合金內襯與銅合金冷卻通道一體成型,燃燒效率提升至99.8%。但高溫燃料電池的長期穩定性需驗證:3D打印件的熱循環壽命(>5000次)較傳統工藝低20%,需通過摻雜氧化鈰納米顆粒改善。 浙江模具鋼粉末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%。
金屬粉末回收是3D打印降低成本的關鍵。磁選法可分離鐵基合金粉末中的雜質,回收率達90%以上;氣流分級技術則通過離心場實現粒徑精細分離,將粉末D50控制在±2μm以內。例如,某企業通過氫化脫氫工藝回收鈦合金粉末,將氧含量從0.03%降至0.015%,性能接近原生粉末,回收成本降低60%。在模具制造領域,某企業采用“新粉+回收粉”混合策略(新粉占比70%),在保證打印質量的前提下,材料成本降低40%。但回收粉末的流動性可能下降,需通過粒徑級配優化鋪粉均勻性。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。
3D打印鈦合金(如Ti-6Al-4V ELI)在醫療領域顛覆了傳統植入體制造。通過CT掃描患者骨骼數據,可設計多孔結構(孔徑300-800μm),促進骨細胞長入,避免應力屏蔽效應。例如,顱骨修復板可精細匹配患者骨缺損形狀,手術時間縮短40%。電子束熔化(EBM)技術制造的髖關節臼杯,表面粗糙度Ra<30μm,生物固定效果優于機加工產品。此外,鉭金屬粉末因較好的生物相容性,被用于打印脊柱融合器,其彈性模量接近人骨,降低術后并發癥風險。但金屬離子釋放問題仍需長期臨床驗證。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。天津不銹鋼粉末咨詢
銅合金粉末憑借其高導電性和導熱性,被用于打印定制化散熱器、電磁屏蔽件及電力傳輸組件。浙江模具鋼粉末
金屬3D打印的主要材料——金屬粉末,其制備技術直接影響打印質量。主流工藝包括氬氣霧化法和等離子旋轉電極法(PREP)。氬氣霧化法通過高速氣流沖擊金屬液流,生成粒徑分布較寬的粉末,成本較低但易產生空心粉和衛星粉。而PREP法利用等離子電弧熔化金屬棒料,通過離心力甩出液滴形成球形粉末,其氧含量可控制在0.01%以下,球形度高達98%以上,適用于航空航天等高精度領域。例如,某企業采用PREP法生產的鈦合金粉末,其疲勞強度較傳統工藝提升20%,但設備成本是氣霧化法的3倍。浙江模具鋼粉末