3D打印金屬粉末面臨的問題

來源：智造探囊


了解3D打印金屬粉末的發(fā)展瓶頸，掌握氣霧化制備金屬粉末的特征，明晰金屬粉末的制備方式流程，更多3D打印金屬粉末問題，由霍爾榜主持人開場去提出大家比較關(guān)注的一些話題，遼寧冠達(dá)新材料科技公司-研發(fā)中心主任孫平生分享解答。

霍爾榜：請問熔體的粘度是怎么確認(rèn)的？

冠達(dá)材料：我們要知道熔體的粘度性質(zhì)是由什么決定的。首先它一定是有材料本身的材質(zhì)決定的。比如，鉛粉的粘度比較低，銅粉粘度比較高，鈷基，鎳基更高，包括一些鋼類的碳含量。不銹鋼雙相，雙相鋼粘度比較低，因為它的氮含量比較高，可以降低粘度。總體來說成分對于粘度的影響非常大，尤其是一些新材料，我們根本查不到它的數(shù)據(jù)，我們主要是借助于熱力學(xué)軟件去進(jìn)行模擬，通過軟件去做數(shù)據(jù)支撐。包括一些高熵合金，軟件模擬出來的數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確，我們還要結(jié)合一些它本身性質(zhì)的基礎(chǔ)上去做調(diào)整粘度。一般來說數(shù)據(jù)積累越來越多會有一定的規(guī)律，這需要去總結(jié)的，這是粘度基于材料本身去分析。第二，熔體，鋼液的溫度，同一種材質(zhì)溫度越高粘度會越低，這是必然的。我們?nèi)プ鲮F化沒有具體說我要達(dá)到多少才算行，它大概是一個范圍，只要是在范圍內(nèi)就可以了。

霍爾榜：請問金屬粉末團(tuán)聚有什么解決方案？

冠達(dá)材料：粉末團(tuán)聚是我們經(jīng)常遇到的一個問題，首先要從生產(chǎn)工藝上去根本解決，不斷地優(yōu)化，每一家都有每一家的方式。如果產(chǎn)品本身容易團(tuán)聚，后處理環(huán)節(jié)中一種方式是利用超聲波振動篩去緩解，可以延長過篩時間，讓超細(xì)粉更容易下去。還有一種是加熱，有一些粉末并不是完全粘在一起的，它可能是因為表面作用力附著相互吸引在一起的，我們加熱增加它表面的能量，表面的活度，使粉末更加活躍，也可以破壞它的團(tuán)聚力。

霍爾榜： Gh4169衛(wèi)星粉很多 請問可以如何解決？

冠達(dá)材料： 如果我們做出的粉末衛(wèi)星粉很多，有一種氣流破碎方式可以把衛(wèi)星粉從小粉到大粉拿下，但有可能也會改變粉末本身的形貌，增加了非球形粉末形成的比例，不建議用。我比較偏向用超聲波振動篩去延長篩分時間，讓粉末更容易下去。

霍爾榜：高球形度的高溫合金粉末可以采用旋轉(zhuǎn)電極制備？

冠達(dá)材料：旋轉(zhuǎn)電極的球形度確實會更好，但它的細(xì)粉收得率相對于霧化比較低，各有優(yōu)缺點。

霍爾榜：更換合金材料會用哪些清理方式，如何確認(rèn)清潔程度？

冠達(dá)材料：我們整個罐體，篩分系統(tǒng)是比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，比較困難地去確定清潔度。我們一般都是目視檢查，我們所能清潔到的包括所有的管路，用干凈的清潔布去蹭看不著灰即可，這是我們的經(jīng)驗。但是如果說做到完全沒有，比如說我做完3536再去做4169，4169里邊如果是同一個霧化系統(tǒng)一粒3536都沒有，我認(rèn)為不太可能。盡量去減少，讓它維持在百萬分之幾或是千萬分之幾的范圍就可以了。

霍爾榜：通過改化學(xué)成分降低熱裂紋不會改變打印件力學(xué)性能嗎？

冠達(dá)科技：會影響，即使是變了一點點也會有影響。比如說，我這個產(chǎn)品要達(dá)到1200Mpa的抗拉強度，可能我改變了碳，原先它是1400Mpa，現(xiàn)在降低了裂紋是少了，但是它的性能可能低了，或者達(dá)到了1300Mpa，只要能滿足當(dāng)時產(chǎn)品設(shè)計就行。其次，當(dāng)我們要求力學(xué)性能要求很嚴(yán)的時候，我們?nèi)プ稣{(diào)整一定是要考慮力學(xué)性能的，不能為了裂紋無限地去改變。我們一定是要結(jié)合它的力學(xué)性能，結(jié)合它的裂紋情況，結(jié)合它的一些熱處理方式，這是一個系統(tǒng)化的分析。并不是我去降低某一種元素就能使它所有的性能都變好，這只是一個相對的方式而已。當(dāng)我們與客戶合作的過程當(dāng)中，不僅我們要改變成分，客戶也要改變工藝，這是雙方溝通的一個結(jié)果，一個系統(tǒng)研究的結(jié)果。

霍爾榜： 非晶合金的粉末，請問我們的冷卻速率最大能達(dá)到多少K/s？

冠達(dá)材料：當(dāng)我們?nèi)プ龇蔷Ш辖鸱勰�，氣霧化本身是一種高速氣體。比如進(jìn)氣，氬氣，氮氣，進(jìn)氣溫度比如說是常溫25攝氏度（東北方、南方室溫會有一些偏差），但對于噴盤不影響，因為經(jīng)過霧化器之后，它的氣體、壓力、溫度會改變，它會膨脹，噴盤出去的氣體溫度大概是零下100攝氏度左右。當(dāng)我們?nèi)プ龇蔷Мa(chǎn)品它的冷速大概是106-107k/s左右，這是我自己的一個理解。對于非晶粉末，我們做完之后去做檢驗和分析，的確它是非晶結(jié)構(gòu)的，在氣霧化當(dāng)中說明冷速還是足夠的。

霍爾榜：目前采用的氣霧化技術(shù)對生產(chǎn)3D打印粉末有什么缺點 ?

冠達(dá)材料：我比較關(guān)注空心球。因為氣霧化粉末主要是氬氣、氮氣跟液滴相互作用，在過程中氣體會有一定概率卷入鋼液里面形成空心球，空心球到最后可能就是缺陷點，致密度方面對于打印來說也不是太好的效果。減少空心球是我們的主要目標(biāo)，對于VIGA來說，空心球可以降低，但一定會有缺陷。

霍爾榜：目前一般的水平能達(dá)到多少呢？

冠達(dá)材料：現(xiàn)在市場越做越規(guī)范，越來越嚴(yán)了。一開始3%就可以，后期2%，現(xiàn)在一般都要求是1%左右，1%左右以下，越低越好，我們家的水平就是1%左右，也分不同產(chǎn)品。

霍爾榜： GH4169過熱溫度需要很高嗎？ 霧化壓力需要很高嗎？

冠達(dá)材料：講一下我個人的理解， GH4169過熱度不要太高，相對于高溫合金，GH4169粘度不是很大，一般來說過熱200°就可以，壓力盡量低。第一， 成球性能比較不錯，不需要太高的壓力。第二，壓力低可以減少空氣球產(chǎn)生的概率。所以， GH4169 過熱度盡量靠近下限去選擇，壓力也盡量靠近下限去選擇。

霍爾榜： IN738合金，你們高溫拉伸性能和高溫持久做過嗎？

冠達(dá)材料：高溫拉伸性能我們有做過，持久沒做過。具體的數(shù)據(jù)我就不講了，我們跟客戶合作過，生產(chǎn)了幾批粉末，也是一個不斷改進(jìn)的過程，目前來說，拉伸性能已經(jīng)滿足需求。

霍爾榜：有沒有除了氣霧化外更有競爭力的粉末制備技術(shù)？

冠達(dá)材料： PREP 的球形度會更好，比如說鎳鈦合金，如果用VIGA去做就不太合適，球形度很高。我們選擇生產(chǎn)工藝要做到匹配，比如說一些需要批量化的，可能在VIGA的成本上，包括一些醫(yī)療，汽車對于含量要求不太高的，VIGA都是比較好的選擇。其它PREP，EIGA,各有各的優(yōu)點。去做要求非常嚴(yán)的或者VIGA達(dá)不到的，我們當(dāng)然是需要去選擇其它的生產(chǎn)方式。