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      如何降低3D打印金屬粉末成本?

      2021-10-23 08:18:15

      金屬3D打印正在逐漸走向批量規?;瘧?,如果成本得到50%以上的下降,應用規??赡軙U大10倍甚至100倍。在“設備-材料-3D打印”這個產業鏈條中,其中一個很重要的問題是,如何降低3D打印金屬粉末成本?

      關于如何降低金屬材料成本,王院士提到,從金屬礦冶煉之后一兩步,直接還原成球形金屬粉末材料是Z便宜的。而現在使用Z多的方法是經過好幾步加工成棒材之后,再霧化加工成粉末,成本依然貴。

      這一技術思路,與3D 打印技術中所使用的材料現狀類似,絕大部分 3D打印機使用的絲材需要先使用高分子聚合物拉成絲,然后再供3D打印機使用。而一部分 3D打印則開始嘗試直接使用顆粒料高分子聚合物作為材料,直接高溫熔融從噴嘴噴出,層層堆疊而實現3D打印。這樣一來,材料成本降低60%以上。

      金屬3D打印要求粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高,當前制備方法主要有等離子旋轉電極法(PREP)、等離子霧化法(PA)、氣霧化法(GA)。以上3D打印金屬粉末設備制備方法的工序如下:

      1. 通過電解法、熱還原法、熱分解法將礦石原料提煉成純金屬;

      2. 將純金屬按需求配料、混合熔煉成合金錠;

      3. 通過軋制、拉伸等加工工藝得到合金棒材、絲材;

      4. 通過PREP、PA、GA 方法將合金棒材、絲材進行熔化、破碎制成粉末。

      如何降低金屬3D 打印粉末成本,可從兩個方面著手:

      1. 減少制粉工序

      礦石的提煉過程,根據金屬粉末化學元素指標,結合礦石中金屬材料性質,直接提煉出合金材料,再次進行配料、熔煉,最后進行霧化制粉。例如:可以通過Na、Mg 直接還原TiCl4、AlCl3、VCl4 得到Ti6Al4V 合金。對于易氧化等特殊合金材料可以使用無接觸坩堝熔煉,通過惰性氣體霧化制粉。例如:水冷銅坩堝。

      2. 提高粉末收得率

      根據金屬材料性能,不同的熔融金屬液的表面張力不同,因此在霧化過程中,不同的金屬材料液流需要適配合理的噴盤、霧化氣體的溫度和壓力等,實現破碎后粉末的飛行軌跡和球化時間的有效控制,可以顯著改善粉末的球形度、提高粉末收得率。

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