粉末一致性對(duì)3D打印的意義

來(lái)源： 增材制造技術(shù)前沿

金屬打印能夠應(yīng)用到汽車(chē)、航空航天、能源、工業(yè)以及醫(yī)療領(lǐng)域，無(wú)論哪一個(gè)行業(yè)都難以承擔(dān)零件質(zhì)量問(wèn)題所帶來(lái)的損害。3D打印零件質(zhì)量所涉及的關(guān)鍵技術(shù)一是工藝，二是材料，本期話(huà)題以SLM技術(shù)為例細(xì)數(shù)粉末材料一致性對(duì)金屬打印的意義。

金屬粉末霧化工藝的突破促進(jìn)了SLM技術(shù)的發(fā)展，而粉末材料質(zhì)量的提升則直接推動(dòng)了金屬打印零件的應(yīng)用。目前SLM常用的粉末粒度范圍為15-53μm，要求粉末具備良好的球形度、流動(dòng)性以及低氧含量，然而由于霧化工藝?yán)щy，粉末質(zhì)量存在很大問(wèn)題。

1. 球形度問(wèn)題
金屬粉末制備過(guò)程中，粉末顆粒會(huì)隨著制備方法的不同而呈現(xiàn)不同形狀，如球形、近球形、多角形等。粉末顆粒形狀直接影響粉末流動(dòng)性和松裝密度，進(jìn)而對(duì)所打印件的性能產(chǎn)生影響。

金屬打印粉末形態(tài)差異

一般來(lái)說(shuō)，球形或者近球形粉末具有良好的流動(dòng)性，能鋪成薄層，進(jìn)而提高零件的尺寸精度和表面質(zhì)量，零件也能獲得高密度和均勻性組織，是作為 3D 打印的首選原料形狀類(lèi)型。但是要注意，球形粉末的顆粒堆積密度小，空隙大，使得零件的致密度小，也會(huì)影響成形質(zhì)量。

2. 空心粉與衛(wèi)星粉問(wèn)題
空心粉和衛(wèi)星粉對(duì)材料品質(zhì)是一大挑戰(zhàn)，此二者的存在會(huì)導(dǎo)致成型零件中殘留氣孔，甚至經(jīng)熱等靜壓后此類(lèi)孔洞也難以消除，對(duì)零件力學(xué)性能特別是疲勞性能帶來(lái)嚴(yán)重影響；空心粉導(dǎo)致的空氣夾帶，則會(huì)直接影響材料成分和打印的穩(wěn)定性。

3. 粉末粒度分布問(wèn)題
SLM用金屬粉末15-53μm的顆粒大小指標(biāo)雖容易達(dá)到，但粉末粒度分布卻同樣會(huì)對(duì)零件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能帶來(lái)影響。據(jù)研究，同樣的粒度范圍內(nèi)，以具有雙峰分布的金屬粉末為原料制得的零件致密度最高。

4. 材料循環(huán)使用問(wèn)題

金屬打印過(guò)程中未熔化的粉末仍然可以作為原料繼續(xù)使用，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫成型過(guò)程，粉末床中的粉末氧含量會(huì)有一定程度的增加，這對(duì)于EBM來(lái)說(shuō)影響更大。隨著使用次數(shù)增加，粉末成分、粒度分布、顆粒表面形貌都會(huì)發(fā)生變化。但目前的研究發(fā)現(xiàn)，SLM 成形試樣的顯微組織及力學(xué)性能與粉末循環(huán)次數(shù)無(wú)明顯關(guān)聯(lián)，而EBM成形試樣力學(xué)性能則與粉末循環(huán)次數(shù)形成明顯關(guān)系。針對(duì)于此點(diǎn)，仍需要深入研究。

除卻上述問(wèn)題，金屬粉末材料還面臨著成分均勻、氧含量問(wèn)題等。

3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)的發(fā)展制約著3D打印金屬零件行業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)，在金屬3D打印技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，金屬粉末制造巨頭紛紛加強(qiáng)了3D打印專(zhuān)用球形粉末產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)力度，針對(duì)于某一產(chǎn)品開(kāi)發(fā)專(zhuān)用材料，一系列針對(duì)具體領(lǐng)域和具體零部件使用的粉末開(kāi)始面世，這在加劇競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，也有利于促進(jìn)金屬3D打印的安全應(yīng)用。