【第三屆世界3D打印大會】賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應(yīng)技術(shù)中的應(yīng)用

2015年6月3日至6月6日，第三屆世界3D打印大會在成都隆重舉行。南極熊3D打印網(wǎng)作為3D打印專業(yè)的互動媒體平臺，到現(xiàn)場為大家從南極熊的視覺來觀看了解這次3D打印領(lǐng)域的重大會展會議。下面請看南極熊·第三屆世界3D打印大會系列—— 世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會的那人那事，賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應(yīng)技術(shù)中的應(yīng)用。

泰克納公司主要是生產(chǎn)3D打印金屬粉末的，關(guān)于公司的等離子感應(yīng)技術(shù)，即用金屬球形粉末完成3D打印增材對于粉末是有比較高的要求，主要要求是要具有一個流動性高和堆積密度高的特點，流動性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池，同時也保證粉末的重復(fù)使用；堆積特性高可以保證得到組織致密和低缺陷率或僥幸成型率。


賈鹿：大家好，我的報告是關(guān)于我們公司的等離子感應(yīng)技術(shù)，即用金屬球形粉末完成3D打印。在這里我著重介紹增材制造、泰克納公司簡介、感應(yīng)等離子技術(shù)、感應(yīng)等離子體設(shè)備的技術(shù)的描述等。

增材制造又稱3D打印，是一種以數(shù)字、模型文件為技術(shù)的直接制造技術(shù)，幾乎可以制造任意形狀的三維實體，3D打印的材料主要是金屬粉末、塑料、黏合材料等，打印后還需要一個燒結(jié)的步驟，才能得到一個最終的部件。

為什么現(xiàn)在增材制造這么火？主要有幾個原因：第一、增材制造的制作費用比較低廉，而且可對于復(fù)雜部件有很簡單、快速、創(chuàng)新的制造，因為我們現(xiàn)在不需要用很多的設(shè)備和復(fù)雜的設(shè)計，增材制造這種方式可以讓我們很快的從一個設(shè)計的理念到一個設(shè)計生產(chǎn)產(chǎn)品。第二、和常規(guī)的制造方式相比耗材低，這種制造方式是用粉末做原料，可以大大降低耗材。

目前的技術(shù)主要是激光燒結(jié)和電子束燒結(jié)，還有噴墨打印。我們公司主要是生產(chǎn)金屬粉末的，所以主要注重于前面兩種。增材對于粉末是有比較高的要求，主要要求是要具有一個流動性高和堆積密度高的特點，流動性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池，同時也保證粉末的重復(fù)使用；堆積特性高可以保證得到組織致密和低缺陷率或僥幸成型率。據(jù)南極熊了解，海綿鈦粉末，可以同時滿足流動性高和堆積密度高的要求，粉末很干凈，沒有小粉附著在球形粉末的表面上，從而影響粉末的流動性和堆積密度及粉末燒結(jié)，粉末的粒徑主要是5—45u。材料的種類主要是一些鈦，目前比較多的是鈦、鈦合金粉、鎳合金、鈷鉻合金、鎂鋁硅合金等。

我們公司的設(shè)備80%以上都是我們自己在工廠加工的。這是我們40千瓦的設(shè)備，主要可以用來做三個應(yīng)用：納米粉末、球形粉末、做噴涂。泰克納公司座落在魁北克省蒙特利爾附近，大概離蒙特利爾40公里，這個公司是從大學(xué)里面分出來的，最早是從一個體炬(音)開始的，體炬是我們核心的技術(shù)，我們每一套設(shè)備都是根據(jù)客戶的需求來定做定制的，所以在開始的時候我們也有很多方案的設(shè)計、設(shè)備的設(shè)計等。這是我們200千瓦工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備，我們目前生產(chǎn)的粉末都是用這種設(shè)備來生產(chǎn)的。我們公司目前有70個員工，是多個學(xué)科人才組成的團隊。我們有設(shè)備公司和研發(fā)公司及粉末公司，粉末公司主要是用我們自己制造的設(shè)備，來生產(chǎn)一些高附加值的粉末。

下面我介紹一下感應(yīng)等離子技術(shù)。物體有三態(tài)，固體溫度升高變液體，液體溫度升高變氣體，再把氣體溫度升高就是等離子體。等離子有比較多的種類，主要是感應(yīng)等離子體，是用感應(yīng)線圈固化在陶瓷當(dāng)中，當(dāng)我們的等離子氣體通路到這個感應(yīng)的磁場中就可以激發(fā)它，產(chǎn)生等離子體，產(chǎn)生高溫區(qū)，我們主要用等離子體這個高溫區(qū)對粉末進行處理。

舉例：右邊是我們70年代的一個體炬，比較簡單，它的操作時間會比較短，因為它的冷卻效果不是特別好，所以操作一段時間必須要停下來。我們現(xiàn)在的體炬是我們的專題，可以24小時連續(xù)操作。感應(yīng)等離子體和其他體的區(qū)別是我們是沒有電極的，電極是一個易損件，而且高溫下容易侵蝕，可以氣化，但對于我們來說就沒有這個問題，我們最高溫是軸向注入原料，大部分現(xiàn)在是測向注入的，如果側(cè)向注入有一些粉還沒有到高溫區(qū)就掉下來，有一些粉穿過高溫區(qū)就掉下來了，這樣就導(dǎo)致很多的粉沒有很好的處理，對我們這樣的技術(shù)來說就不存在這樣的問題，等離子上做一個長時間的停留，主要是感應(yīng)等離子體速度非常低，對DC等離子體要200—300米左右每秒，意味著原料在等離子中有一個長時間的停留，這樣可以有一個足夠的時間來吸收充分的熱量，來進行熔化或者是氣化，來處理粉末，而且我們等離子的體積非常大，所以可以同時處理很多的粉末，而且我們在惰性、還原性、氧化性的環(huán)境下都可以進行操作。

這是我們溫度分布的模擬圖，可以看到在最高溫處溫度是在11000度，在這種溫度下，對所有的物質(zhì)都可以進行熔化和汽化，這就是我們泰克納感應(yīng)等離子體體炬，根據(jù)功率的不同有不同的體炬，分別有15、40、80、200千瓦的體炬，到現(xiàn)在一直沒有一個體炬是反修過。

下面介紹一下我們等離子體工藝，剛剛介紹到我們主要有三個應(yīng)用，第一個應(yīng)用是可以對粉末進行球化，提高粉末的流動性，增加粉末的堆積密度，減少粉末的孔隙度、改變顆粒的表面形狀等等，我們知道當(dāng)粉末注入到等離子當(dāng)中去，當(dāng)它吸收的熱量大于他需要熔化的熱量，大于他熱傳導(dǎo)的力量，他就會熔化，完全熔化以后在反應(yīng)器當(dāng)中，在下降過程中慢慢冷卻，自由放任，由于地心引力的作用，就成為一個球形的粉末了。我們可以用很多作為原材料，比如噴霧干燥粉末、角形粉末、線材、懸浮液、氣體、固體、液體都可以作為原材料。當(dāng)粉末注入到等離子體以后，就可看到這個藍線(PPT)，經(jīng)過熔化以后降落下來，下來我們用抽真空的棒把它抽掉，粉末就會落在我們金屬過濾網(wǎng)的表面，然后就會掉落到搜集罐當(dāng)中去。使用泰克納的設(shè)備可以做球化的粉末，我們可以做氧化物、氧化硅、純金屬、鈦、鈦合金粉，以及其他一些合金。

這是我們的一些產(chǎn)品，這是一個鈦粉，我們有兩種工藝，一種是用海綿鈦進行生產(chǎn)，還有用其他的一些材料進行生產(chǎn)，如果用海綿鈦我們的堆積密度是提高了很多，剛剛蔡總有提到，說國外的產(chǎn)品價格非常高，和國內(nèi)的價格相比非常高，但現(xiàn)在采取我們的這種工藝，其實產(chǎn)品的價格可以說和國內(nèi)的產(chǎn)品價格是差不多的，所以并不是說性質(zhì)好價格就貴，性質(zhì)好價格也可能是便宜的。這是我們鈦粉的一些特點，其中你可以看看，我們有一個提純的過程，為什么提純呢?在高溫下一些低熔點和汽化的物質(zhì)會汽化以后，從粉末中跑出來以后，就會抽真空抽掉了，你看會有一些降低。我們粉末在濾鏡上是沒有改變的，我們有鎳合金，有鉬粉，堆積密度是增加了很多，這是鉬粉的一些詳細信息，從5—25u、從10—45u而都可以提供，我們有鎢粉，鎢粉非常好，現(xiàn)在在3D打印當(dāng)中，特別是GE用來做X射線的準(zhǔn)直起器，用于工業(yè)化生產(chǎn)。

我們的設(shè)備也可以做納米粉末，納米粉末原理很簡單，當(dāng)粉末注入到等離子當(dāng)中以后，在下沉過程中會慢慢的互相碰撞團聚，當(dāng)團聚到我們需要的濾鏡的時候，比如說我們需要八乘層次納米的濾鏡，我們根據(jù)我們的模擬，知道在某一個位置就達到了，我們把它冷卻固化，納米的粉末可以生產(chǎn)純金屬氧化物，氮化物等，所以我們粉末的進濾鏡是可以通過這個位置來控制的。我們的設(shè)備有一個試驗性研發(fā)設(shè)備，有15千瓦的設(shè)備，主要是用于實驗性，40千瓦也是實驗性的設(shè)備，我們還有一邊做球化，一邊做納米的雙輸出端的設(shè)備。還有80千瓦的設(shè)備，這是一套中試的設(shè)備，可以用于試驗，也可以用于生產(chǎn)，而且它是一個20小時連續(xù)操作，有氣體回收裝置和起疊系統(tǒng)。這是我們200千瓦的設(shè)備，主要是工業(yè)化生產(chǎn)的，我們產(chǎn)量可以達到25—30公斤每小時。我們的真彩制造是一種快速生產(chǎn)的創(chuàng)新技術(shù)，現(xiàn)在越來越多的工業(yè)伙伴注重這種技術(shù)，這種技術(shù)需要大量的高流動性與高密度的粉末來生產(chǎn)出特殊要求的零件，我們泰克納感應(yīng)等離子技術(shù)是完全可以生產(chǎn)出滿足3D打印高標(biāo)準(zhǔn)的球形粉末的，謝謝各位。（3D打印在線）

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