通過納米包覆或機械融合,金屬粉末可復(fù)合陶瓷/聚合物提升性能。例如,鋁粉表面包覆10nm碳化硅,SLM成型后抗拉強度從300MPa增至450MPa,耐磨性提高3倍。銅-石墨烯復(fù)合粉末(石墨烯含量0.5wt%)打印的散熱器,熱導(dǎo)率從400W/mK升至580W/mK。德國Nanoval公司的復(fù)合粉末制備技術(shù),利用高速氣流將納米顆粒嵌入基體粉末,混合均勻度達99%,已用于航天器軸承部件。但納米添加易導(dǎo)致激光反射率變化,需重新優(yōu)化能量密度(如銅-石墨烯粉的激光功率需提高20%)。
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,每小時處理量達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。嘉興金屬粉末廠家金屬粉末的回收利用技術(shù)可降低3D打印成本并減少資源浪費。
金屬粉末的球形度直接影響鋪粉均勻性和打印質(zhì)量。球形顆粒(球形度>95%)流動性更佳,可通過霍爾流量計測試(如鈦粉流速≤25s/50g)。非球形粉末易在鋪粉過程中形成空隙,導(dǎo)致層間結(jié)合力下降,零件抗拉強度降低10%-30%。此外,衛(wèi)星粉(小顆粒附著在大顆粒表面)需通過等離子球化處理去除,否則會阻礙激光能量吸收。以鋁合金AlSi10Mg為例,球形粉末的堆積密度可達理論值的60%,而不規(guī)則粉末40%,明顯影響終致密度(需>99.5%才能滿足航空標準)。因此,粉末形態(tài)是材料認證的主要指標之一。
冷噴涂技術(shù)以超音速(Mach 3)噴射金屬顆粒,通過塑性變形固態(tài)沉積成型,適用于熱敏感材料。美國VRC Metal Systems采用冷噴涂修復(fù)直升機變速箱齒輪,結(jié)合強度300MPa,成本較激光熔覆降低60%。NASA將冷噴涂鋁用于國際空間站外殼修補,抗微隕石撞擊性能提升3倍。挑戰(zhàn)包括:① 粉末需高塑性(如純銅、鋁);② 基體表面需噴砂處理(粗糙度Ra 5μm);③ 沉積效率50-70%。較新進展中,澳大利亞Titomic公司開發(fā)動力學(xué)冷噴涂(Kinetic Spray),沉積速率達45kg/h,可制造9米長船用螺旋槳。粉末冶金鐵基材料通過滲銅處理,可同時提升材料的強度與耐磨性能。
模仿蜘蛛網(wǎng)的梯度晶格結(jié)構(gòu),3D打印鈦合金承力件的抗沖擊性能提升80%。空客A350的機翼接頭采用仿生分形設(shè)計,減重高達30%且載荷能力達15噸。德國KIT研究所通過拓撲優(yōu)化生成的髖關(guān)節(jié)植入體,彈性模量匹配人骨(3-30GPa),術(shù)后骨整合速度提升40%。但仿生結(jié)構(gòu)支撐去除困難:需開發(fā)水溶性支撐材料(如硫酸鈣基材料),溶解速率控制在0.1mm/h,避免損傷主體結(jié)構(gòu)。美國3D Systems的“仿生套件”軟件可自動生成輕量化結(jié)構(gòu),設(shè)計效率提升10倍。
新型高熵合金粉末的開發(fā)為極端環(huán)境下的金屬3D打印提供了材料解決方案。衢州冶金粉末
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(yīng)力屏蔽效應(yīng)。例如,顱骨修復(fù)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(fēng)險。但金屬離子釋放問題仍需長期臨床驗證。衢州冶金粉末