替代霧化制粉工藝，印度磨蝕新技術(shù)生產(chǎn)3D打印粉末

2022年4月14日，南極熊獲悉，來(lái)自印度科學(xué)研究所（IISc）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的基于磨蝕的方法，可用于生產(chǎn)3D打印金屬粉末。

這種方法旨在提供一種替代霧化制粉的方法，目前大多數(shù)金屬粉末是通過(guò)霧化技術(shù)生產(chǎn)的。在霧化過(guò)程中，氣體或水射流被用來(lái)將熔化的金屬流分解成微小的液滴，這些液滴在冷卻后形成粉末顆粒。

△通過(guò)研磨的粉末生產(chǎn)方法示意圖。(a) 通過(guò)表面研磨去除的材料被收集、篩分和加熱，然后再用于DED工藝。相應(yīng)的SEM圖像顯示 相應(yīng)的SEM圖像顯示了所產(chǎn)生的粉末中球狀顆粒的分布。(b) 單個(gè)顆粒的SEM圖像顯示出完美的球形形狀 和表面上的樹(shù)枝狀物。(c) 最終粉末中的顆粒大小分布顯示了一個(gè)尺寸

盡管霧化制粉是該行業(yè)的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但基于霧化的粉末生產(chǎn)可能存在材料產(chǎn)量低、成本高的問(wèn)題，而且它只與有限的金屬兼容。IISc的新方法旨在解決這些不足之處。

IISc產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中心的博士生PritiRanjan Panda說(shuō)："我們有一個(gè)替代的、更經(jīng)濟(jì)的、內(nèi)在可擴(kuò)展的金屬粉末制造路線(xiàn)，與傳統(tǒng)的氣霧化粉末相比，最終粉末的質(zhì)量似乎非常有競(jìng)爭(zhēng)力。"

△使用表面研磨生產(chǎn)的鋼制3D打印粉末。圖片來(lái)自IISc。

用于粉末生產(chǎn)的金屬研磨

在制造業(yè)領(lǐng)域，從金屬研磨過(guò)程中清除的廢料被稱(chēng)為金屬屑。這些金屬碎屑通常是細(xì)長(zhǎng)條的形狀，但也可能包括球形的粉末顆粒。

根據(jù)IISc團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為這些球形的金屬屑顆粒在研磨過(guò)程中經(jīng)歷了熔化過(guò)程，這就是使它們首先成為完美球體的原因。因此，研究人員理論上認(rèn)為，他們可以將金屬研磨這一基于磨蝕的過(guò)程應(yīng)用于3D打印粉末的生產(chǎn)。

研究表明，由于金屬表面氧化產(chǎn)生的高熱導(dǎo)致熔化，進(jìn)而形成粉末狀金屬顆粒。研究人員改進(jìn)了研磨方法，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，以生產(chǎn)大量的鐵基3D打印粉末，他們聲稱(chēng)這種粉末的性能與商業(yè)氣體霧化的同類(lèi)產(chǎn)品相當(dāng)。研磨技術(shù)也明顯比氣體霧化更具成本效益。

△印度科學(xué)研究所。圖片來(lái)自印度科學(xué)研究院。

低成本金屬粉末的需求

該研究的主要作者Koushik Viswanathan表示，由于金屬3D打印技術(shù)具有定制和設(shè)計(jì)自由的優(yōu)點(diǎn)，最近人們對(duì)采用這種技術(shù)的興趣很大。然而，今天的金屬粉末的昂貴性質(zhì)已被證明是許多公司的一個(gè)障礙，所以仍然需要更便宜和更容易獲得的粉末。

該研究的共同作者Harish Singh Dhami補(bǔ)充說(shuō)："降低AM工藝的成本（通過(guò)經(jīng)濟(jì)型粉末）可以拓寬生物醫(yī)學(xué)植入物制造等情況下的材料范圍，這些材料可以變得更便宜和更容易獲得。"

此外，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的基于磨蝕的方法在其他高性能工業(yè)應(yīng)用中也有潛力，包括航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的部件。

該研究的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可以在題為 "Production of powdersfor metal additive manufacturing applications using surface grinding"的論文中找到（見(jiàn)文末附件）。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2022.02.004

粉末3D打印材料的行業(yè)一如既往地活躍。就在最近，總部位于瑞典的材料公司Gränges Powder Metallurgy推出了其首款增材制造粉末。作為該公司DISPAL系列材料的一部分，AM S220（AlSi35）是一種適用于激光粉末床熔融的高性能鋁合金。該材料的特點(diǎn)是高硬度、低熱膨脹、出色的磨損和撕裂行為、良好的可加工性和低密度。

在其他地方，總部設(shè)在德國(guó)的智能材料開(kāi)發(fā)商Infinite Flex最近推出了它聲稱(chēng)是世界上第一個(gè)用于SLM 3D打印的純銅粉。該材料被稱(chēng)為INFINITE POWDER Cu 01，已經(jīng)在EOS M290和Trumpf TruPrint 1000等一些標(biāo)準(zhǔn)的SLM 3D打印機(jī)上成功進(jìn)行了測(cè)試，現(xiàn)在已經(jīng)投入商業(yè)使用。