液態(tài)金屬(鎵銦錫合金)3D打印技術(shù)通過微注射成型制造可拉伸電路,導(dǎo)電率3×10? S/m,拉伸率超200%。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)的直寫式打印系統(tǒng),可在彈性體基底上直接沉積液態(tài)金屬導(dǎo)線(線寬50μm),用于柔性傳感器陣列。另一突破是納米銀漿打?。簾Y(jié)溫度從300℃降至150℃,兼容PET基板,電阻率2.5μΩ·cm。挑戰(zhàn)包括:① 液態(tài)金屬的高表面張力需低粘度改性劑(如鹽酸處理);② 納米銀的氧化問題需惰性氣體封裝。韓國三星已實現(xiàn)5G天線金屬網(wǎng)格的3D打印量產(chǎn),成本降低40%。
3D打印鈮鈦(Nb-Ti)超導(dǎo)線圈通過拓撲優(yōu)化設(shè)計,臨界電流密度(Jc)達5×10? A/cm2(4.2K),較傳統(tǒng)繞制工藝提升40%。美國MIT團隊采用SLM技術(shù)打印的ITER聚變堆超導(dǎo)磁體骨架,內(nèi)部集成多級冷卻流道(小直徑0.2mm),使磁場均勻性誤差<0.01%。挑戰(zhàn)在于超導(dǎo)粉末的低溫脆性:打印過程中需將基板冷卻至-196℃(液氮溫區(qū)),并采用脈沖激光(脈寬10ns)降低熱應(yīng)力。日本住友電工開發(fā)的Bi-2212高溫超導(dǎo)粉末,通過EBM打印成電纜芯材,77K下傳輸電流超10kA,但生產(chǎn)成本是傳統(tǒng)法的5倍。重慶金屬粉末價格鋁合金AlSi10Mg粉末因其輕量化特性和優(yōu)異熱傳導(dǎo)性能,成為汽車輕量化部件和散熱器的理想打印材料。
金屬3D打印的主要材料——金屬粉末,其制備技術(shù)直接影響打印質(zhì)量。主流工藝包括氬氣霧化法和等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)。氬氣霧化法通過高速氣流沖擊金屬液流,生成粒徑分布較寬的粉末,成本較低但易產(chǎn)生空心粉和衛(wèi)星粉。而PREP法利用等離子電弧熔化金屬棒料,通過離心力甩出液滴形成球形粉末,其氧含量可控制在0.01%以下,球形度高達98%以上,適用于航空航天等高精度領(lǐng)域。例如,某企業(yè)采用PREP法生產(chǎn)的鈦合金粉末,其疲勞強度較傳統(tǒng)工藝提升20%,但設(shè)備成本是氣霧化法的3倍。
目前金屬3D打印粉末缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)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(biāo)差異明顯,導(dǎo)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(yīng)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(biāo)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(yīng)鏈的參考基準。
NASA的“OSAM-2”任務(wù)計劃在軌打印10米長Ka波段天線,采用鋁硅合金粉末(粒徑20-45μm)和電子束技術(shù)。微重力環(huán)境下,粉末需通過靜電吸附鋪裝(電場強度5kV/m),層厚控制精度±3μm。俄羅斯Energia公司測試了真空環(huán)境下的鈦合金SLM打印,零件孔隙率0.2%,但設(shè)備功耗高達8kW,遠超衛(wèi)星供電能力。未來月球基地建設(shè)中,3D打印可利用月壤提取的金屬粉末(如鈦鐵礦還原成鈦粉)制造結(jié)構(gòu)件,但月塵的高磨蝕性需開發(fā)專業(yè)用送粉系統(tǒng),當(dāng)前試驗中部件壽命不足100小時。粉末冶金鐵基材料的表面滲氮處理明著提升了零件的耐磨性和疲勞強度。浙江不銹鋼粉末合作
粉末冶金技術(shù)中的等靜壓成型工藝可制備具有各向同性特征的金屬預(yù)成型坯。溫州冶金粉末品牌
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97%,成本為激光熔融的1/5。但該技術(shù)對粉末粒徑要求嚴苛(需<25μm),且燒結(jié)收縮率高達20%,需通過數(shù)字補償算法預(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%。溫州冶金粉末品牌