3D打印球形金屬粉末的設備技術

2020-04-23 22:27
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球形金屬粉末是金屬3D打印的核心材料,也是3D打印產業鏈中最重要的環節。它與3D打印技術的發展密切相關。本文介紹了3D打印金屬粉末主要制備技術的基本原理,并分析了其優缺點。目的是進一步改進3D打印金屬粉末的制備技術,促進3D打印技術的發展和應用。

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球形金屬粉末是金屬3D打印的核心材料,也是3D打印產業鏈中最重要的環節。它與3D打印技術的發展密切相關。在“ 2013年世界3D打印技術行業大會”上,權威專家對3D打印金屬粉末(即尺寸小于1毫米的金屬粉末)的性能要求做出了明確定義。此外,他們還要求金屬滿足高純度,良好的球形度,窄的粒度分布,低的氧含量和良好的流動性的要求。 2014年6月頒布的ASTM F3049-14標準規定了3D打印金屬粉末性能的范圍和表征方法。目前,用于3D打印的金屬粉末材料主要集中在鐵,鈦,鈷,銅,鎳和其他金屬和合金上。


隨著金屬3D打印技術的飛速發展,球形金屬粉末市場將保持較高的增長趨勢。 2016年,3D打印金屬粉末的市場規模約為2.5億美元。根據IDTechEx的數據,到2025年,3D打印金屬粉末的市場規模將達到50億美元。但是,目前,用于3D打印的球形金屬粉末主要由國外制造商壟斷。我國生產的球形金屬粉存在性能不穩定,成本高,產量低等問題。因此,研究用于3D打印的金屬粉末的制備尤為重要。本文介紹了3D打印金屬粉末主要制備技術的基本原理,并分析了其優缺點。目的是進一步改進3D打印金屬粉末的制備技術,促進3D打印技術的發展和應用。


目前,用于3D打印的金屬粉末的制備方法主要包括霧化,旋轉電極和球化。


1.1霧化方法:


霧化生產的粉末已占世界金屬三維打印粉末的80%以上。其原理是金屬或合金的液體受到快速移動的流體(霧化介質)的影響,或通過其他方式破碎成小滴,然后凝結成固體粉末。其原理和結構如圖1所示。根據霧化介質的不同,霧化方法主要分為水霧化和氣體霧化。更改。


1.1.1水霧化:


水霧化是以水為霧化介質制備金屬粉末。它具有低成本和高霧化效率。它通常用于生產鋼鐵粉末,含油預合金粉末,鎳基磁性材料粉末等。相對于空氣霧化,水的比熱容相對較大。在霧化過程中,破碎的金屬液滴迅速固化成不規則形狀,這使得粉末形狀難以控制,并且難以滿足金屬3D打印的粉末球形度要求。另外,由于活性金屬及其合金在高溫下與霧化介質中的水反應并增加粉末的氧含量,因此這些問題限制了水霧化。制備了具有高球形度和低氧含量的金屬粉末。


1.1.2氣體霧化:


氣體霧化的原理是液態金屬流被高速氣流粉碎成液滴,然后迅速凝結成粉末。通過氣體霧化制備金屬粉末具有粒徑小,球形度高,純度高的優點。目前是生產3D打印金屬粉末的主要方法。制備的粉末金屬約占霧化制備粉末的40%。但是,氣體霧化技術存在一些缺點。在氣流破碎金屬液體的過程中,氣流能量低,霧化效率低,增加了金屬粉制備的成本。


在氣霧霧化技術的基礎上,德國Nanoval公司改進了噴嘴結構,并提出了層流霧化技術。層狀霧化噴嘴的結構如圖2所示。


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