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金属3D打印对原料粉体品质的要求有多高?

来源:广州宏武材料科技有限公司 3d打印超细粉体供应商    发布时间:2017-12-11浏览量:

      金属粉体材料是金属3D打印工艺的原材料,其粉体的基本性能对最终的成型的制品品质有着很大的关系。金属3D打印对于粉体的要求主要在于化学成分、颗粒形状、粒度及粒度分布、流动性、循环使用性等这几个方面,具体要求见下文解析。
 
一、化学成分
      原料的化学主要成分包括金属元素和杂质成分,主要金属元素常用的有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及贵金属Ag、Au等。杂质成分有还原铁中的Si、Mn、C、S、P、O等,从原料和粉末生产中中混入的其他杂质等,粉体表面吸附的水及其他气体等。
 
      在成型过程,杂质可能会与基体发生反应,改变基体性质,给制件品质带来负面的影响。夹杂物的存在也会使粉体熔化不均,易造成制件的内部缺陷。粉体含氧量较高时,金属粉体不仅易氧化,形成氧化膜,还会导致球化现象,影响制件的致密度及品质。
 
      因此,需要严格控制原料粉体的杂质及夹杂以保证制品的品质,所以,3D打印用金属粉体需要采用纯度较高的金属粉体原料。
 

二、颗粒形状、粉体粒度及粒度分布

1、形状要求。常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。不规则的颗粒具有更大的表面积,有利于增加烧结驱动。但球形度高的粉体颗粒流动性好,送粉铺粉均匀,有利于提升制件的致密度及均匀度。因此,3D打印用粉体颗粒一般要求是球形或者近球形。

2、粉体粒度及粒度分布。研究表明,粉体是通过直接吸收激光或电子束扫描时的能量而熔化烧结,粒子小则表面积大,直接吸收能量多,更易升温,越有利于烧结。此外,粉体粒度小,粒子之间间隙小,松装密度高,成形后零件致密度高,因此有利于提高产品的强度和表面质量。但粉体粒度过小时,粉体易发生粘附团聚,导致粉体流动性下降,影响粉料运输及铺粉均匀。
 
      所以细粉、粗粉应该以一定配比混合,选择恰当的粒度与粒度分布以达到预期的成形效果。
 
三、粉体的工艺性能要求
      粉体的工艺性能主要包括松装密度、振实密度、流动性和循环利用性能。
 
a、松装密度是粉末自然堆积时的密度,振实密度是经过振动后的密度。球形度好、粒度分布宽的粉末松装密度高,孔隙率低,成形后的零件致密度高成形质量好。
 
b、流动性。粉体的流动性直接影响铺粉的均匀性或送粉的稳定性。粉末流动性太差,易造成粉层厚度不均,扫描区域内的金属熔化量不均,导致制件内部结构不均,影响成形质量;而高流动性的粉末易于流化,沉积均匀,粉末利用率高,有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均匀致密化。
 
c、循环性能。3D打印过程结束后,留在粉床中未熔化的粉末通过筛分回收仍然可以继续使用。但长时间的高温环境下,粉床中的粉末会有一定的性能变化。需要搭配具体工艺选用回收率。
 

四、3D打印用金属粉末的种类及应用领域

      单一组分的金属粉末在成形过程中出现明显的球化和集聚现象,易造成烧结变形和密度疏松,因此,多组元金属粉末或者预合金粉末被开发了出来。按基体的主要元素可为铁基材料、镍基合金、钛与钛合金、钴铬合金、铝合金、铜合金以及贵金属等。

 
1、铁基材料。3D打印中应用最广泛的金属材料,力学性能优异,耐高温和耐腐蚀,性价比高,适合打印尺寸较大的产品,多用于各种工程机械、零件及模具等。市面典型的材料有304和316奥氏体不锈钢粉
 
2、镍基材料。这类材料具有良好的高温性能,抗氧化和抗腐蚀性。在航空航天、船舶以及石油化工等领域应用较广。
 
3、钛及钛合金。其突出特点是比强度高,抗腐蚀,生物相容性好。因此在航天航空、生物骨骼,牙齿种植方面有着广泛应用。
  
4、钴铬合金。主要分为CoCrW和CoCrMo合金两大类,具有良好的高温性能及抗腐蚀性能。常应用于在牙科修复体如牙冠固定桥、可摘除义齿等的个性化定制方面。
 
5、铝合金。铝合金是一种轻量化金属,其熔点低、密度低,但机械强度稍弱,化学活性强,目前已有研究可以通过3d打印制备出高强度的铝合金材料。这对于重视轻量化的的航空器和汽车零部件来说是非常有意义的。
 
6、铜及铜合金。铜最大的优势在于其优异的导电性及导热性。可用于航空航天、电子、机械零部件加工。
 

7、贵金属。黄金和白银等具有良好的塑性和延展性,光泽度十分美观,可以通过3D打印加工个性化饰品,实现高精度高难度艺术品的设计和制作。


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本文摘自粉体圈,略有删改,任何问题,欢迎联系我们。


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