一號站註冊平台_IPB巡展在北京舉行,解析金屬3D打印粉末製造關鍵     文章來源:

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  IPB巡展在2018年的4月20日在北京拉開帷幕,據悉,活動邀請全國增材製造標準化技術委員會肖承翔秘書長,西北有色金屬研究院朱紀磊教授等增材專家為我們就3D打印工藝對球形金屬粉末製備要求等話題進行專家解析、行業交流。

  與傳統的減材製造方式相比,3D打印幾乎不會造成金屬材料浪費,而且這種增材製造直接成形的特點使得產品在生產過程中的設備問題大大減少。金屬粉體材料是金屬3D打印的原材料,其粉體的基本性能對終的成型的產品品質有着很大的關係。金屬3D打印對於粉體的要求主要在化學成分、顆粒形狀、粒度及粒度分佈、流動性、循環使用性等這幾個方面,其粉體製備工藝成為3D打印近年來關注的熱點。本次活動對於3D打印與粉體製備間的技術解析具有重要意義。

  金屬粉末是粉床增材製造的原料,其性能決定增材製造工藝和製品的性能優劣。針對航空航天、國防軍工和生物醫療領域的粉床增材製造技術對粉末的物理化學性能要求較為嚴苛,目前所用的球形金屬粉末原料大量進口。粉床增材製造對金屬粉末原料的要求、國內技術和產業發展情況是我們着重探討的課題。

  論壇邀請到西北有色金屬研究院朱紀磊教授出席本次活動,解析旋轉電極霧化制粉(PREP)技術製備球形金屬粉末的性能以及PREP工藝參數對粉末性能的影響,針對增材製造對孔隙粉末的控制要求,對比分析了氣霧化法、旋轉電極霧化法和等離子體熔絲霧化法等三種典型工藝球形鈦合金粉末的內部孔隙特性,結果表明旋轉電極霧化法製備的球形鈦合金粉末具有較低的孔隙率,通過控制棒料直徑和棒料轉速能夠獲得低氧含量和低孔隙率的高品質球形金屬粉末。

  雖然實現增材製造的技術方法有多種,但加工機理基本一致,即材料在高能熱源作用下快速融化,由於作用時間極短,熔融的金屬在基體的冷卻作用下發生快速凝固,從而實現在特定的掃描區域成型。增材製造製品的性能由熱源量屬性、材料特性及工藝參數所決定,而熱源類型及送粉方式是區分各種增材製造技術的根本因素。

  增材製造工藝的主要影響因素

  1熱源

  在金屬增材製造領域,應用為成熟的熱源是激光和高能电子束。电子束與激光的工作原理不同,电子束的加熱方式是高能电子穿過靶材的表面進入到距表面一定深度后,再傳給靶材原子能量,從而使靶材原子的振動加劇,把电子的動能轉換為熱能;激光的加熱方式則為靶材表面吸收光子能量,激光並未穿過靶材表面。材料製造加工過程中,熱源的功率及掃描速度一般是恆定的,即作用於材料的能量密度是恆定的,熱源作用效果由材料對熱源的吸收性能直接決定。材料對熱源能量的吸收由兩者的作用機理、材料表面狀態等因素所決定。對於常用的激光熱源,激光光能的吸收與波長、被照材料的反射率以及能量密度相關,在成型過程中,材料的表面狀態、尺寸等因素對激光都有明顯的制約作用。电子束由於其作用機理的不同,在增材製造過程中表現出較激光更加良好的適配性。

  2材料

  粉末材料是目前為常用的金屬類增材製造用材料。金屬粉末作為金屬製件增材製造產業鏈中重要的一環,也是大的價值所在。金屬粉體材料一般用於粉末冶金工業,粉末冶金成型是將粉末預成型后利用高壓高溫條件進行終的定型,整個過程中,材料發生的物理冶金變化相對緩慢,材料有比較充分的時間進行融合、擴散、反應。由於受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制,為了保證工件的緻密性,要求使用的粉體材料盡可能地將成型腔體填充完全。針對粉末冶金工藝的技術特點,已經發展出了一套比較完善的粉末評價方法及標準,有相對比較完善的指標可用來恆量粉體材料的性能,如粒徑、比表面積、粒度分佈、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對於粉末冶金而言,粉末的流動性、振實密度等指標是衡量粉末冶金用粉末材料的重要指標。

  增材製造工藝與粉末冶金工藝相比有明顯的區別,粉末材料在熱源作用下的冶金變化是極速的,成型過程中粉體材料與熱源直接作用,粉體材料沒有模具的約束以及外部持久壓力的作用。一般認為直徑小於1mm的粉體材料適用於增材製造,粒徑在50m左右的粉體材料具有較好的成型性能。與粉末冶金工業相比,目前國內還沒有形成成熟的評價方法或標準來判定粉末材料與增材製造工藝的適用性,增材製造用粉末的相關評價方法及指標需要進一步深入的研究與思考。