我国增材制造(3d打印)金属粉体的制备技术发展现状

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1、我国増材制造（3D打印）金属粉体的制备技术发展现状3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称力“具有工业革命意义的制造技术”，己成力现代模型、模具和零部件制造的柯效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到Y—定应川，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。3D打印（3Dprinting）是以计算机3维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光朿、热熔喷嘴等A式将金属粉体、陶瓷粉体、塑料、细胞组织、沙子等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印的原

2、材料较为特殊，必须能够液化、粉体化、丝化，在打印完成后又能重新结合起來，并具有合格的物理化学性质。金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展A向。目前，国内3D打印耗材金属粉体制备难度大、产量小、产品性能低，国外厂家垄断市场，价格昂贵。因此，对3D打印耗材金属粉体制备方法的研宄尤为重要。13D打印金属粉体3D打印金属粉体作为金属零件3D打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。在“2013年世界3D打印技术产业大会”[3]上，世界3D打印行业的权威专家对3D

3、打印金属粉体给予明确定义，即指尺十小于1mm的金属颗粒群。包括单一金属粉体、合金粉体以及具有金属性质的某些难熔化合物粉体。目前，3D打印金属粉体材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等。但是3D打印金属粉体除耑具备良好的可塑性外，还必须满足粉体粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。力丫进一步证明3D打印金属粉体对产品的影响。作者采用选择性激光烧结法（SLS法）打印两种不同的不锈钢粉体，发现制备出的产品存在明显差异。德国某厂家的不锈钢粉体打印样品表面光泽、收缩率小、

4、不易变形、力学性能稳定。而国内某厂家的不锈钢粉体的打印样品则远远不及前者。力此，对两种不同的不锈钢粉体进行的微观形貌分析。图1力德国某厂家不锈钢粉体的微观结构，从图巾可以看出，粉体颗粒球形度好，颗粒尺寸分布在11.2~63.6pm范围内。图2为国内某厂家的不锈钢粉体的微观结构，可以看出，其颗粒力不规则块状，尺寸较小。图丨德国某厂家3D打印不锈钢粉末的微观结构FigalMicrostrtirtureol(iennanstainlesssteelpowderlor3Dprinting图2国内某厂家3D打印不锈钢粉

5、末的微观结构Fig.2Microstruclureofdomesticstainlesssteel[M)w(lerfor3Dprinting通过上述研究表明，3D打印耗材金属粉体需满足粒径细小、粒度分布窄、球形度高、流动性好和松装密度高。因此，为了得到所需优异性能的3D打印产品，必须寻求一种高效的金属粉体制备方法。2金属粉体的制备工艺目前，粉体制备方法按照制备工艺主要可分为：还原法、电解法、羰基分解法、研磨法、雾化法等。其中，以还原法、电解法和雾化法生产的粉体作为原料应用到粉体冶金工业的较为普遍。但电解法和还

6、原法仅限于单质金属粉体的生产，而对于合金粉体这些方法均不适用。雾化法可以进行合金粉体的生产，同时现代雾化T艺对粉体的形状也能够做出控制，不断发展的雾化腔结构大幅提高了雾化效率，这使得雾化法逐渐发展成为主要的粉体生产方法。雾化法满足3D打印耗材金属粉体的特殊要求。雾化法是指通过机械的方法使金属熔液粉碎成尺寸小r150pm左石的颗粒的方法。按照粉碎金属熔液的方式分类，雾化法包括二流雾化法、离心雾化、超声雾化、真空雾化等。这些雾化方法具有各自特点，且都已成功应用于T业生产。其屮水气雾化法具有生产设备及T艺简单、能耗

7、低、批量人等优点，己成为金属粉体的主要T业化生产方法。2.1水雾化法在雾化制粉生产屮，水雾化法是廉价的生产方法之一。因为雾化介质水不但成本低廉容易获取，而且在雰化效率方而表现出色。0前，国内水雾化法主要用来生产钢铁粉体、金刚石工具用胎体粉体、含油轴承用预合金粉体、硬面技术川粉体以及铁基、镍基磁性粉体等。然而由于水的比热容远大于气体，所以在雾化过程中，被破碎的金属熔滴巾丁•凝固过快而变成不规则状，使粉体的球形度受到影响。另外一些具有高活性的金属或者合金，与水接触会发生反应，同时巾于雾化过程屮与水的接触，会提岛粉

8、体的氧含以。这些问题限制了水雾化法在制备球形度高、氧含量低的金属粉体的应用。但是，金川集团股份有限公司发明了一种水雰化制备球形金属粉体的方法，其采用在水雾化喷嘴下方处再设置•个二次冷水雾化喷嘴，进行二次雾化。该发明得到的粉体不仅球形度接近气雾化效果，而H.粉体粒度比-次水雾化更细。2.2气雾化法气雾化法足生产金属及合金粉体的主要方法之一。气雾化的裉木原理足用岛速气流将液态金属流破碎成小液滴并凝同成粉