微米和纳米科技材料

3D打印钛合金粉体,等离子法高调挑战雾化法

目前最常用的制粉设备主要包括气雾化制粉和等离子旋转雾化制粉两大类。加拿大蒙特利尔的PyroGenesis公司拥有专利的(PAP)等离子雾化工艺,就在不久前,PyroGenesis宣布面对3D打印金属粉末市场,PyroGenesis开始开发3D打印用纳米结构金属粉体,目标为喷墨金属3D打印市场。

如今,PyroGenesis又将挑战选择性激光熔化领域的金属粉末制备工艺。日前,加拿大基于等离子体制造的PyroGenesis(下称PG)公司宣布,将公开展示其推出的3D打印钛合金粉体的分析测试性能,实验将利用尖端的数字成像技术分析包括球形度、密度以及纯度方面的结果。

3D打印钛合金粉体,等离子法高调挑战雾化法

在测试过程中,PyroGenesis公司的钛粉将使用尼康的X射线m-CT系统扫描,相对于像素的体素为1.1立方微米,并且会利用一种直观的多尺度多模态图像数据检测平台,对粉末的长径比、当量直径、体积和孔隙率进行评价。PG的首席技术官称,之后还将展示利用选择性激光熔化打印机现场打印零部件,并测试该部件的性能参数,以此来评价等离子技术生产的钛粉。

通常来说,金属粉体的形状大小往往不规则,外形经常呈现棱角或者锯齿状,从而在通过软管或者铺在打印床上时出现彼此勾连。金属粉末的球形化则是一种在金属粒子飞行过程中对其进行熔化和重塑的工艺。具体的说就是将金属粉体喷入一股感应等离子体流,在极高的温度下,这些粉体会立刻熔化,然后在表面张力的作用下自动变成球形。而这些球形的液态金属滴一旦离开等离子流就会立即冷却、硬化成球形的颗粒。

3D打印金属粉体球形化最主要的好处就是材料的流动性大幅增加,而且完美的球形导致粉末能够更紧密的堆积。当这种粉体在基于粉末床技术的3D打印机上使用时,所产生的部件无论是密度还是强度都比未经处理的粉体更好。

此外,与常规雾化的粉末相比,其表面的污染水平明显减少,这不仅意味着制造中多出来的钛粉可以多次重复使用,而且可以进一步提高粉体的流动性。它还能够生成更为坚固和具有更好机械性能的3D打印部件。

除此之外,使用等离子球形化技术生产的金属粉体材料有一个额外的好处,就是多出的材料是可以回收的。尤其是那些在金属3D打印机上使用几次之后含氧量增加的粉体。

参考来源:中国粉末冶金商务网

3D科学谷REVIEW

2016年2月,全球首家等离子球化粉体企业,英国金属粉体材料和技术制造商LPW Technology正式运行投产。当时,除了制造出钽、钨和包括Ti-6Al-4V在内的钛合金粉体,他们还瞄准了钼、铌,以及其他镍基高温合金等难熔金属粉体。

关于另外一种粉末制备工艺:气雾化制粉设备能够制备超细粉末,但所制得的金属粉末球形度低,且有空心粉和卫星粉的现象,在后期成型金属零件时易形成孔隙。而等离子旋转雾化制粉方法所制得的粉末球形度高,且为实心粉。当然,随着气雾化制粉技术的发展,有望改变其制备的金属粉末粒径粗、球形度低、粒径分布不均匀的状况。

3D打印钛合金粉体,等离子法高调挑战雾化法

图片:国内等离子雾化制粉方面的专利申请情况

而关于将等离子旋转雾化制粉工艺应用到3D打印金属粉末的制备方面,国内的企业也颇为积极。根据3D科学谷的市场研究国内包括湖南久泰冶金科技有限公司,江苏星火特钢有限公司,成都优材科技有限公司,北京理工大学,湖南顶立科技有限公司都在这个领域进行着积极的探索。其中成都优材科技在通过等离子雾化技术制备纯钛或钛合金粉末方面积累了丰富的经验。

成都优材科技的等离子雾化设备,通过气体循环动力装置使雾化仓中的冷却气体在雾化过程中循环流动,产生层流冷却气流;加热器对循环流动的冷却气体加热,使冷却气体温度保持在300-350℃。层流的冷却气体,使粉末在冷却过程中快速分散,防止液态颗粒团聚和粘附。用高于室温的层流冷却气流冷却粉末,延长液态颗粒冷却为固态颗粒的时长,保证液态颗粒在凝固过程中有足够时长在表面张力的作用下形成球形,防止雾化仓中的液态颗粒冷却过快,影响固态颗粒的球形度,提高了球形的规则程度,减少了卫星球的数量。

参考资料:CN201621071818.3

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