微層流霧化(Micro-Laminar Atomization, MLA)是新一代金屬粉末制備技術(shù),,通過超音速氣體(速度達(dá)Mach 2)在層流狀態(tài)下破碎金屬熔體,形成粒徑分布極窄(±3μm)的球形粉末,。例如,,MLA制備的Ti-6Al-4V粉末中位粒徑(D50)為28μm,衛(wèi)星粉含量<0.1%,,氧含量低至800ppm,,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)氣霧化工藝。美國6K公司開發(fā)的UniMelt®系統(tǒng)采用微波等離子體加熱,,結(jié)合MLA技術(shù),,每小時(shí)可生產(chǎn)200kg高純度鎳基合金粉,能耗降低50%,。該技術(shù)尤其適合高活性金屬(如鋯,、鈮),避免了氧化夾雜,,為核能和航天領(lǐng)域提供關(guān)鍵材料,。但設(shè)備投資高達(dá)2000萬美元,目前限頭部企業(yè)應(yīng)用,。
3D打印鈦合金(如Ti-6Al-4V ELI)在醫(yī)療領(lǐng)域顛覆了傳統(tǒng)植入體制造,。通過CT掃描患者骨骼數(shù)據(jù),,可設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)(孔徑300-800μm),促進(jìn)骨細(xì)胞長入,,避免應(yīng)力屏蔽效應(yīng),。例如,顱骨修復(fù)板可精細(xì)匹配患者骨缺損形狀,,手術(shù)時(shí)間縮短40%,。電子束熔化(EBM)技術(shù)制造的髖關(guān)節(jié)臼杯,表面粗糙度Ra<30μm,,生物固定效果優(yōu)于機(jī)加工產(chǎn)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(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。但金屬離子釋放問題仍需長期臨床驗(yàn)證,。江蘇不銹鋼粉末合作鈦合金粉末憑借其高的強(qiáng)度,、耐腐蝕性和生物相容性,被廣泛應(yīng)用于航空航天部件和醫(yī)療植入體的3D打印制造,。
金屬粉末的球形度直接影響鋪粉均勻性和打印質(zhì)量,。球形顆粒(球形度>95%)流動(dòng)性更佳,可通過霍爾流量計(jì)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(dǎo)致層間結(jié)合力下降,零件抗拉強(qiáng)度降低10%-30%,。此外,,衛(wèi)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(huì)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(dá)理論值的60%,,而不規(guī)則粉末40%,明顯影響終致密度(需>99.5%才能滿足航空標(biāo)準(zhǔn)),。因此,,粉末形態(tài)是材料認(rèn)證的主要指標(biāo)之一。
3D打印多孔鉭金屬植入體通過仿骨小梁結(jié)構(gòu)(孔隙率70%-80%),,彈性模量匹配人體骨骼(3-30GPa),,促進(jìn)骨整合。美國4WEB Medical的脊柱融合器采用梯度孔隙設(shè)計(jì),,術(shù)后6個(gè)月骨長入率達(dá)95%,。另一突破是鎂合金(WE43)可降解血管支架:通過調(diào)整激光功率(50-80W)控制降解速率,6個(gè)月內(nèi)完全吸收,,避免二次手術(shù),。挑戰(zhàn)在于金屬離子釋放控制:FDA要求鎂支架的氫氣釋放速率<0.01mL/cm2/day,需表面涂覆聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)膜層,,工藝復(fù)雜度增加50%,。
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)國用領(lǐng)域。鈷鉻合金粉末在齒科3D打印中廣泛應(yīng)用,,其耐腐蝕性優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造工藝,。西藏因瓦合金粉末咨詢
316L不銹鋼粉末通過SLM(選擇性激光熔化)技術(shù)成型,可生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的耐高溫,、抗腐蝕工業(yè)零件,。黑龍江粉末
電子束熔化(EBM)在真空環(huán)境中利用高能電子束逐層熔化金屬粉末,其能量密度可達(dá)激光的10倍以上,,特別適合加工高熔點(diǎn)材料(如鈦合金、鉭和鎳基高溫合金),。EBM的預(yù)熱溫度通常為700-1000℃,,可明顯降低殘余應(yīng)力,,避免零件開裂,。例如,,GE航空采用EBM制造LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴,,將傳統(tǒng)20個(gè)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(xù)機(jī)加工,。此外,,真空環(huán)境可防止金屬氧化,,但設(shè)備成本和維護(hù)復(fù)雜度較高,,限制了其在中小企業(yè)的普及。黑龍江粉末