金屬3D打印技術及其專用粉末的研究進展(6)
時間：2017-02-11 22:19 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
4 金屬粉末
在“2013年世界 3D 打印技術產業大會”上，世界 3D 打印行業的權威專家對3D打印金屬粉末給予明確定義，即指尺寸小于 1mm 的金屬顆粒群。 包括單一金屬粉末、合金粉末以及具有金屬性質的某些難熔化合物粉末。目前，3D 打印金屬粉末材料包括鈷鉻合金、不銹鋼、工業鋼、青銅合金、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑性外，還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求。
4.1 鈦合金
鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及生物相容性等優點，在航空航天、化工、核工業、運動器材及醫療器械等領域得到了廣泛的應用。 傳統鍛造和鑄造技術制備的鈦合金件已被廣泛地應用在高新技術領域，一架波音747飛機用鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造和鑄造方法生產大型鈦合金零件，由于產品成本高、工藝復雜、材料利用率低以及后續加工困難等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應用。而金屬3D打印技術可以從根本上解決這些問題，因此該技術近年來成為一種直接制造鈦合金零件的新型技術。 開發新型鈦基合金是鈦合金SLM應用研究的主要方向。由于鈦以及鈦合金的應變硬化指數低（近似為0.15），抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用。
然而錸（Re）的熔點很高，一般用于超高溫和強熱震工作環境，如美國 Ultramet公司采用金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）制備 Re基復合噴管已經成功應用于航空發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因此，Re－TI合金的制備在航空航天、核能源和電子領域具有重大意義。Ni具有磁性和良好的可塑性，因此Ni－TI合金是常用的一種形狀記憶合金。合金具有偽彈性、高彈性模量、阻尼特性、生物相容性和耐腐蝕性等性能。另外鈦合金多孔結構人造骨的研究日益增多，日本京都大學通過3D打印技術給4位頸椎間盤突出患者制作出不同的人造骨并成功移植，該人造骨即為Ni－TI合金。
4.2 不銹鋼
不銹鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特性，由于其粉末成型性好、制備工藝簡單且成本低廉，是最早應用于3D金屬打印的材料。如華中科技大學、南京航空航天大學、東北大學等院校在金屬3D 打印方面研究比較深入。現研究主要集中在 降低孔隙率、增加強度以及對熔化過程的金屬粉末球化機制等方面。 李瑞迪等采用不同的工藝參數，對304L不銹鋼粉末進行了SLM成形試驗，得出304L不銹鋼致密度經驗公式，并總結出晶粒生長機制。
潘琰峰分析和探討了316L不銹鋼成形過程中球化產生機理和影響球化的因素，認為在激光功率和粉末層厚一定時，適當增大掃描速度可減小球化現象，在掃描速度和粉末層厚固定時，隨著激光功率的增大，球化現象加重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不銹鋼粉末進行激光熔化，發現粉末層厚從60μｍ 增加到150μｍ時，枝晶間距從0.5μｍ增加到1.5μｍ，最后穩定在2.0μｍ 左右，試樣的硬度依賴于熔化區域各向異性的微結構和晶粒大小。姜煒采用一系列的不銹鋼粉末，分別研究粉末特性和工藝參數對SLM成形質量的影響，結果表明，粉末材料的特殊性能和工藝參數對SLM 成形影響的機理主要是在于對選擇性激光成形過程當中熔池質量的影響，工藝參數（激光功率、掃描速度）主要影響熔池的深度和寬度，從而決定SLM 成形件的質量。
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