目前金屬3D打印粉末缺乏全球統(tǒng)一標準,ASTM和ISO發(fā)布部分指南(如ASTM F3049-14針對鈦粉)。不同廠商的粉末氧含量(鈦粉要求<0.15%)、霍爾流速(不銹鋼粉<25s/50g)等指標差異明顯,導致跨平臺兼容性問題。歐洲“AM Power”組織正推動粉末批次認證體系,要求供應商提供完整的生命周期數(shù)據(jù)(包括回收次數(shù)和熱處理歷史)。波音與GKN Aerospace聯(lián)合制定的“BPS 7018”標準,規(guī)范了鎳基合金粉的衛(wèi)星粉含量(<0.3%),成為航空供應鏈的參考基準。
316L不銹鋼粉末因其優(yōu)異的耐腐蝕性和可加工性,成為工業(yè)級3D打印的關(guān)鍵材料。通過粉末床熔融(PBF)技術(shù)制造的316L零件,微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)蜂窩狀奧氏體相,屈服強度可達500MPa以上,延伸率超過40%。該材料廣泛應用于石油化工管道、海洋裝備和食品加工設(shè)備。值得注意的是,粉末的球形度(>95%)和流動性(霍爾流速≤25s/50g)直接影響打印質(zhì)量。目前行業(yè)采用氣霧化工藝生產(chǎn)高純度(O<0.03%)不銹鋼粉末,同時開發(fā)了含銅抑菌不銹鋼粉末以滿足醫(yī)療器械的特殊需求。溫州鈦合金粉末合作粉末冶金齒輪通過模壓-燒結(jié)-精整工藝制造的密度可達理論密度的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2000萬美元,目前限頭部企業(yè)應用。
3D打印鈦合金(如Ti-6Al-4V ELI)在醫(yī)療領(lǐng)域顛覆了傳統(tǒng)植入體制造。通過CT掃描患者骨骼數(shù)據(jù),可設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)(孔徑300-800μm),促進骨細胞長入,避免應力屏蔽效應。例如,顱骨修復板可精細匹配患者骨缺損形狀,手術(shù)時間縮短40%。電子束熔化(EBM)技術(shù)制造的髖關(guān)節(jié)臼杯,表面粗糙度Ra<30μm,生物固定效果優(yōu)于機加工產(chǎn)品。此外,鉭金屬粉末因較好的生物相容性,被用于打印脊柱融合器,其彈性模量接近人骨,降低術(shù)后并發(fā)癥風險。但金屬離子釋放問題仍需長期臨床驗證。3D打印金屬粉末的球形度和粒徑分布直接影響打印件的致密度和力學性能。
等離子球化技術(shù)通過高溫等離子體將不規(guī)則金屬顆粒重新熔融并球形化,明顯提升粉末流動性和打印質(zhì)量。例如,鎢粉經(jīng)球化后霍爾流速從45s/50g降至22s/50g,堆積密度提高至理論值的65%,適用于電子束熔化(EBM)工藝。該技術(shù)還可處理回收粉末,去除衛(wèi)星粉和氧化層,使316L不銹鋼回收粉的氧含量從0.1%降至0.05%。德國H.C. Starck公司開發(fā)的射頻等離子系統(tǒng),每小時可處理50kg鈦粉,成本較新粉降低40%。但高能等離子體易導致小粒徑粉末蒸發(fā),需精細控制溫度和停留時間。鈦合金因其優(yōu)異的比強度和生物相容性,成為骨科植入物3D打印的先選材料。福建因瓦合金粉末品牌
金屬粘結(jié)劑噴射成型技術(shù)(BJT)通過逐層粘接和后續(xù)燒結(jié)實現(xiàn)近凈成形制造。舟山不銹鋼粉末廠家
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:銅端熱導率380W/mK,鉬端熔點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,溫差適應范圍擴展至-180℃~300℃。舟山不銹鋼粉末廠家