金屬3D 打印技術及其專用粉末特征與應用

李林堯 煙臺文化旅游職業(yè)學院

隨著金屬的3D 打印技術得到了進一步的改進。例如，金屬的3D 打印速度比傳統的加工方法慢且成本高，3D 打印零件的表面精度與數字加工零件的表面精度略有不同。國內金屬粉末技術尚不成熟，大部分必須從國外進口，質量研究必須進行自主機械粉末是下一階段研究的主要目標；另一方面，引進新材料是隨著3D 印刷技術的發(fā)展而探索的方向之一。

一、金屬3D 打印技術概況及其特點

金屬3D 打印的出現激發(fā)了傳統制造業(yè)的制造理念，具體如下：

1.直接成形：所需工件可以直接得到，以減少材料浪費。與常規(guī)金屬加工相比，有些甚至大多數金屬需要切割和研磨。3D 打印生產提高了金屬利用率和環(huán)境保護。

2.縮短產品開發(fā)周期：從設計到生產，再到3D 列印技術，減少元件數量，節(jié)省時間，減少庫存。

3.無須組裝：制品逐層制造3D 打印過程，產品不僅可以形成零件，還可以形成鏈條零件，例如平面連桿、萬向節(jié)，以減少生產資源的使用，降低生產周期的供應鏈和生產成本。

4.復雜零件可以更好地制造：在傳統制造中，零件更復雜，生產和加工成本更高。但是，復雜程度不同的3D 打印在時間、技術和成本方面幾乎沒有什么不同。

5.個性化定制門檻更低，用于生產較小的產出量，而無須改變形狀。只需修改設計，然后打開大型設計空間。金屬3D 打印技術經濟實惠，速度快，內外兼收并蓄，具有廣闊的前景。

二、3D 打印金屬粉末的基本要求

金屬粉末是金屬3D 打印工藝的原料，直接用于金屬3D 打印技術的生產研究。性能在很大程度上取決于形狀的最終效果。為此，高質量粉末對于金屬三維打印技術的發(fā)展至關重要，描述3D 打印金屬粉末特征的區(qū)域有三個。

1.化學成分。用于3D 打印的金屬粉末的化學成分包括主要金屬元素和復雜元素。最常見的元素包括鐵、鈦、鎳、鋁、銅、鈷、鉻以及銀和金。碳氫化合物主要由金屬或非金屬化合物組成，例如硅、錳、碳、硫、磷、還原鐵中的氧、粉末制造過程中添加的原料和機械混合物、SiO2、Al2O3 等不溶性酸性物質、硅酸鹽、不溶性金屬碳化物、氧、水蒸氣等。吸附在粉末表面。激光或電子束掃描粉末時，雜質一方面與賤金屬發(fā)生反應，改變賤金屬的性能，影響3D 打印零件的質量；另一方面，復雜性會影響基礎金屬的質量，混合元素的存在會導致粉末和成品零件內部錯誤的混合不均勻，機械混合會對零件的強度產生特別不利的影響。非金屬混合料的分布和形狀對產生的零件有不同的影響。高氧氣含量的貴金屬高溫不僅影響零件性能，而且直接導致球形，從而降低密度和零件質量。鋼鐵中碳、磷、硫、氧、氮的韌性非常有害。為此，需要嚴格控制各種成分和粉末組裝，以保證零件的質量。

2.顆粒的形狀、大小和分布。常見的粉末形式包括球形、近球形、片狀、樹枝狀等。不規(guī)則粉末的表面大于表面，可以吸收更多激光能量，提高燃燒性能。此外，孔隙促進液體的傳遞。但是，由于球形流動性高、送粉流暢、粉末均勻分布等原因，可以提高零件的密度和結構均勻性，保證成型質量。因此，用于3D 打印的粉末通常為球形或近球形。金屬粉末顆粒是粉末顆粒的大小。結果表明，粉末顆粒通過直接吸收激光掃描或電子束的能量而熔化和鏈接。小顆粒大于表面，直接吸收更多能量，在高溫下更容易熔化。一般來說，粉末顆粒越小，分布越均勻，過程越平滑，形狀越好。另一方面，細顆粒粉末具有空間小、體積密度高的特點，從而提高了產品密度和表面質量。但是，如果粒子太小，則可以輕松地插入并組合它們，以防止粒子運動，從而導致粉末分布不均。因此，細材質和粗材質必須成比例地混合在一起，并且必須粒度與粒度適當的分布，才能達到所需的效果。

3.粉末技術要求。粉末的技術特點包括松裝、振實密度、移動性和回收性能。松裝密度是粉末自發(fā)積累的密度，振實密度是振蕩后的密度。粉末的流動性是粉末的主要特點之一。粉末流動性直接影響SLM 過程中粉末的一致性和送粉過程中粉末的穩(wěn)定性。粉末流動性低，容易粘附、抱團，混合不均勻，粉末涂層厚度不均勻，掃描儀玻璃區(qū)域金屬熔膠量不均勻，零件內部結構不均勻，模具質量受到影響；檢查3D 打印的尺寸精度和均勻表面密度。

三、金屬3D 粉末用途

鐵材質是最常用于3D 打印的金屬材質。它具有優(yōu)良的機械性能、高溫和耐蝕性。它還提供了更高的性價比，適合于大型產品的打印。主要用于各種工程機械、零件、模具。其中，奧氏體不銹鋼粉末304 和316 已成為3D 打印金屬市場的典型加工材料。鎳基材料具有良好的高溫、防氧和耐腐蝕力學性能，廣泛應用于航空航天、造船、石油化工等領域。用鎳粉對每一層用鎳合金制造的高壓渦輪機的印刷電路板進行部分修理。減少激光金屬礦床的熱流有助于防止元件變形。銅和銅合金具有良好的導電性、導熱性、耐磨性和耐磨性。主要用于航空航天，電子機械零件加工。

金屬3D 打印的興起對社會的生產和生活產生了重大影響，并深刻改變了傳統的工藝、概念和制造方法。如今，3D 打印金屬的金屬零件與傳統的成型和鍛造方法一樣有用。許多難以使用傳統工藝制造的零件也可以使用金屬3D 打印技術進行成型。