AlSi10Mg鋁合金粉末在汽車和航天領(lǐng)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(shù)成型的散熱器、衛(wèi)星支架等部件可減重30%-50%,。研究發(fā)現(xiàn),添加0.5%納米Zr顆??杉?xì)化晶粒至5μm以下,明著提升抗拉強(qiáng)度至450MPa,。全球帶領(lǐng)企業(yè)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(yīng)性需在惰性氣體環(huán)境中處理,,粉末回收率控制在80%以上才能保證經(jīng)濟(jì)性,。
3D打印金屬粉末的制備是技術(shù)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié),,主要依賴霧化法,。氣霧化(GA)和水霧化(WA)是主流技術(shù):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(guī)則,,需后續(xù)處理。近年等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)技術(shù)興起,通過離心力甩出液滴,,粉末純凈度更高,,但產(chǎn)能受限。粉末粒徑通??刂圃?5-53μm,,需通過篩分和氣流分級(jí)確保均勻性,以滿足不同打印設(shè)備(如SLM,、EBM)的鋪粉要求,。嘉興3D打印金屬粉末合作金屬粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)(BJT)通過逐層粘接和后續(xù)燒結(jié)實(shí)現(xiàn)近凈成形制造。
等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)通過高速旋轉(zhuǎn)金屬電極(轉(zhuǎn)速20,000 RPM)在等離子弧作用下熔化并甩出液滴,,形成高純度球形粉末,。該技術(shù)尤其適用于鈦、鋯等高活性金屬,,粉末氧含量可控制在500ppm以下,,衛(wèi)星粉比例<0.05%。俄羅斯VSMPO-AVISMA公司采用PREP制備的Ti-6Al-4V粉末,,平均粒徑45μm,,用于波音787機(jī)翼鉸鏈部件,疲勞壽命較傳統(tǒng)氣霧化粉末提升30%,。然而,,PREP的產(chǎn)能限制明顯(每小時(shí)5-10kg),且電極制備成本高昂(鈦錠損耗率20%),。較新進(jìn)展中,,中國(guó)鋼研科技集團(tuán)開發(fā)多電極同步霧化技術(shù),將產(chǎn)能提升至30kg/h,,但設(shè)備投資超1500萬美元,,限為高級(jí)國(guó)用領(lǐng)域。
鈷鉻合金(如CoCrMo)因高耐磨性,、無鎳毒性,,成為牙科冠橋、骨科關(guān)節(jié)的優(yōu)先材料,。傳統(tǒng)鑄造工藝易導(dǎo)致成分偏析,,而3D打印鈷鉻合金粉末通過逐層堆積,可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化適配,。例如,,某品牌3D打印鈷鉻合金牙冠,通過患者口腔掃描數(shù)據(jù)直接成型,,邊緣密合度<50μm,,使用壽命較傳統(tǒng)工藝延長(zhǎng)3倍,。在骨科領(lǐng)域,某醫(yī)院采用3D打印鈷鉻合金膝關(guān)節(jié)假體,,通過多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)促進(jìn)骨長(zhǎng)入,,術(shù)后發(fā)病率從2%降至0.3%。但鈷鉻合金粉末硬度高(HRC 35-40),,需采用高功率激光器(≥500W)才能完全熔化,,設(shè)備成本較高。鋁合金3D打印件經(jīng)過熱處理后,,抗拉強(qiáng)度可提升30%以上,,但易出現(xiàn)熱裂紋缺陷。
聲學(xué)超材料通過3D打印的鈦合金螺旋-腔體復(fù)合結(jié)構(gòu),,在500-2000Hz頻段實(shí)現(xiàn)聲波衰減30dB,。德國(guó)寶馬集團(tuán)在M系列跑車排氣系統(tǒng)中集成打印消音器,背壓降低20%而噪音減少5分貝,。潛艇領(lǐng)域,,梯度阻抗金屬結(jié)構(gòu)可扭曲主動(dòng)聲吶信號(hào),美國(guó)海軍測(cè)試的樣機(jī)檢測(cè)距離從10km降至2km,。技術(shù)難點(diǎn)在于多物理場(chǎng)耦合仿真:?jiǎn)蝹€(gè)零件的聲-結(jié)構(gòu)-流體耦合計(jì)算需消耗10萬CPU小時(shí),,需借助超算優(yōu)化。中國(guó)商飛開發(fā)的客艙降噪面板采用鋁硅合金多孔結(jié)構(gòu),,減重40%且隔聲量提升15dB,,已通過適航認(rèn)證。梯度金屬材料的3D打印實(shí)現(xiàn)了單一構(gòu)件不同區(qū)域力學(xué)性能的定制化分布,。安徽模具鋼粉末品牌
3D打印金屬粉末的粒徑分布和球形度直接影響打印件的致密性和機(jī)械性能,。山東金屬粉末
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(guī)熔覆的10%,,實(shí)現(xiàn)納米晶涂層(晶粒尺寸<100nm),。德國(guó)亞琛大學(xué)采用EHLA在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)表面熔覆WC-12Co粉末,硬度達(dá)HRC 65,,耐磨性提升8倍,,使用壽命延長(zhǎng)至50萬公里。關(guān)鍵技術(shù)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(huán)溫控系統(tǒng)(波動(dòng)±5℃)。中國(guó)徐工集團(tuán)應(yīng)用EHLA修復(fù)礦山機(jī)械軋輥,,單件修復(fù)成本降低70%,但涂層結(jié)合強(qiáng)度(>450MPa)需通過HIP后處理保障,,工藝鏈復(fù)雜度增加,。山東金屬粉末