粘結(jié)劑噴射(Binder Jetting)通過噴墨頭選擇性沉積粘結(jié)劑,逐層固化金屬粉末,生坯經(jīng)脫脂(去除90%以上有機(jī)物)和燒結(jié)后致密化。其打印速度是SLM的10倍,且無需支撐結(jié)構(gòu),適合批量生產(chǎn)小型零件(如齒輪、齒科冠橋)。Desktop Metal的“Studio System”使用420不銹鋼粉,燒結(jié)后密度達(dá)97%,成本為激光熔融的1/5。但該技術(shù)對粉末粒徑要求嚴(yán)苛(需<25μm),且燒結(jié)收縮率高達(dá)20%,需通過數(shù)字補(bǔ)償算法預(yù)先調(diào)整模型尺寸?;萜眨℉P)推出的Metal Jet系統(tǒng)已用于生產(chǎn)數(shù)百萬個不銹鋼剃須刀片,良品率超99%。粉末床熔融(PBF)技術(shù)通過精確控制激光參數(shù),可實現(xiàn)99.5%以上的材料致密度。黑龍江鈦合金粉末咨詢
通過原位合金化技術(shù),3D打印可制造組分連續(xù)變化的梯度材料。例如,NASA的GRX-810合金在打印過程中梯度摻入0.5%-2%氧化釔顆粒,使高溫抗氧化性提升100倍,用于超音速燃燒室襯套。另一案例是銅-鉬梯度熱沉:銅端熱導(dǎo)率380W/mK,鉬端熔點(diǎn)2620℃,界面通過過渡層(添加0.1%釩)實現(xiàn)無缺陷結(jié)合。挑戰(zhàn)在于元素擴(kuò)散控制:需在單道熔池內(nèi)實現(xiàn)成分精確混合,激光掃描策略采用螺旋漸變路徑,能量密度從200J/mm3逐步調(diào)整至500J/mm3。德國Fraunhofer研究所已成功打印出熱膨脹系數(shù)梯度變化的衛(wèi)星支架,溫差適應(yīng)范圍擴(kuò)展至-180℃~300℃。嘉興冶金粉末品牌選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)通過逐層熔化金屬粉末實現(xiàn)復(fù)雜金屬構(gòu)件的高精度成型。
微波燒結(jié)技術(shù)利用2.45GHz微波直接加熱金屬粉末,升溫速率達(dá)500℃/min,能耗為傳統(tǒng)燒結(jié)的30%。英國伯明翰大學(xué)采用微波燒結(jié)3D打印的316L不銹鋼生坯,致密度從92%提升至99.5%,晶粒尺寸細(xì)化至2μm,屈服強(qiáng)度達(dá)600MPa。該技術(shù)尤其適合難熔金屬:鎢粉經(jīng)微波燒結(jié)后抗拉強(qiáng)度1200MPa,較常規(guī)工藝提升50%。但微波場分布不均易導(dǎo)致局部過熱,需通過多模腔體設(shè)計和AI溫場調(diào)控算法(精度±5℃)優(yōu)化。德國FCT Systems公司推出的商用微波燒結(jié)爐,支持比較大尺寸500mm零件,已用于衛(wèi)星推進(jìn)器噴嘴批量生產(chǎn)。
通過雙送粉系統(tǒng)或?qū)娱g材料切換,3D打印可實現(xiàn)多金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如,銅-不銹鋼梯度材料用于火箭發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)壁,銅的高導(dǎo)熱性可快速散熱,不銹鋼則提供高溫強(qiáng)度。NASA開發(fā)的GRCop-42(銅鉻鈮合金)與Inconel 718的混合打印部件,成功通過超高溫點(diǎn)火測試。挑戰(zhàn)在于界面結(jié)合強(qiáng)度控制:不同金屬的熱膨脹系數(shù)差異可能導(dǎo)致分層,需通過過渡層設(shè)計(如添加釩或鈮作為中間層)優(yōu)化冶金結(jié)合。未來,AI驅(qū)動的材料組合預(yù)測將加速FGM的工程化應(yīng)用。粉末冶金齒輪通過模壓-燒結(jié)-精整工藝制造的密度可達(dá)理論密度的95%以上。
微層流霧化(Micro-Laminar Atomization, MLA)是新一代金屬粉末制備技術(shù),通過超音速氣體(速度達(dá)Mach 2)在層流狀態(tài)下破碎金屬熔體,形成粒徑分布極窄(±3μm)的球形粉末。例如,MLA制備的Ti-6Al-4V粉末中位粒徑(D50)為28μm,衛(wèi)星粉含量<0.1%,氧含量低至800ppm,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)氣霧化工藝。美國6K公司開發(fā)的UniMelt®系統(tǒng)采用微波等離子體加熱,結(jié)合MLA技術(shù),每小時可生產(chǎn)200kg高純度鎳基合金粉,能耗降低50%。該技術(shù)尤其適合高活性金屬(如鋯、鈮),避免了氧化夾雜,為核能和航天領(lǐng)域提供關(guān)鍵材料。但設(shè)備投資高達(dá)2000萬美元,目前限頭部企業(yè)應(yīng)用。
金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的定向調(diào)控是提升3D打印件疲勞壽命的重要研究方向。黑龍江鈦合金粉末咨詢
靜電分級利用顆粒帶電特性分離不同粒徑的金屬粉末,精度較振動篩提高3倍。例如,15-53μm的Ti-6Al-4V粉經(jīng)靜電分級后,可細(xì)分出15-25μm(用于高精度SLM)和25-53μm(用于EBM)的批次,鋪粉層厚誤差從±5μm降至±1μm。日本Hosokawa Micron公司的Tribo靜電分選機(jī),每小時處理量達(dá)200kg,能耗降低30%。該技術(shù)還可去除粉末中的非金屬雜質(zhì)(如陶瓷夾雜),將航空級鎳粉的純度從99.95%提升至99.99%。但設(shè)備需防爆設(shè)計,避免粉末靜電積聚引發(fā)燃爆風(fēng)險。黑龍江鈦合金粉末咨詢