靜電分級(jí)利用顆粒帶電特性分離不同粒徑的金屬粉末,精度較振動(dòng)篩提高3倍。例如,15-53μm的Ti-6Al-4V粉經(jīng)靜電分級(jí)后,可細(xì)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(jī),每小時(shí)處理量達(dá)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(jí)鎳粉的純度從99.95%提升至99.99%。但設(shè)備需防爆設(shè)計(jì),避免粉末靜電積聚引發(fā)燃爆風(fēng)險(xiǎn)。粉末冶金多孔材料憑借可控孔隙結(jié)構(gòu)在過(guò)濾器和催化劑載體領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。模具鋼粉末
液態(tài)金屬(鎵銦錫合金)3D打印技術(shù)通過(guò)微注射成型制造可拉伸電路,導(dǎo)電率3×10? S/m,拉伸率超200%。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)的直寫(xiě)式打印系統(tǒng),可在彈性體基底上直接沉積液態(tài)金屬導(dǎo)線(線寬50μm),用于柔性傳感器陣列。另一突破是納米銀漿打印:燒結(jié)溫度從300℃降至150℃,兼容PET基板,電阻率2.5μΩ·cm。挑戰(zhàn)包括:① 液態(tài)金屬的高表面張力需低粘度改性劑(如鹽酸處理);② 納米銀的氧化問(wèn)題需惰性氣體封裝。韓國(guó)三星已實(shí)現(xiàn)5G天線金屬網(wǎng)格的3D打印量產(chǎn),成本降低40%。
金屬3D打印中未熔化的粉末可回收利用,但循環(huán)次數(shù)受限于氧化和粒徑變化。例如,316L不銹鋼粉經(jīng)5次循環(huán)后,氧含量從0.03%升至0.08%,需通過(guò)氫還原處理恢復(fù)性能。回收粉末通常與新粉以3:7比例混合,以確保流動(dòng)性和成分穩(wěn)定。此外,真空篩分系統(tǒng)可減少粉塵暴露,保障操作安全。從環(huán)保角度看,3D打印的材料利用率達(dá)95%以上,而傳統(tǒng)鍛造40%-60%。德國(guó)EOS推出的“綠色粉末”方案,通過(guò)優(yōu)化工藝將單次打印能耗降低20%,推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。
通過(guò)原位合金化技術(shù),3D打印可制造組分連續(xù)變化的梯度材料。例如,NASA的GRX-810合金在打印過(guò)程中梯度摻入0.5%-2%氧化釔顆粒,使高溫抗氧化性提升100倍,用于超音速燃燒室襯套。另一案例是銅-鉬梯度熱沉:銅端熱導(dǎo)率380W/mK,鉬端熔點(diǎn)2620℃,界面通過(guò)過(guò)渡層(添加0.1%釩)實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷結(jié)合。挑戰(zhàn)在于元素?cái)U(kuò)散控制:需在單道熔池內(nèi)實(shí)現(xiàn)成分精確混合,激光掃描策略采用螺旋漸變路徑,能量密度從200J/mm3逐步調(diào)整至500J/mm3。德國(guó)Fraunhofer研究所已成功打印出熱膨脹系數(shù)梯度變化的衛(wèi)星支架,溫差適應(yīng)范圍擴(kuò)展至-180℃~300℃。金屬粉末的流動(dòng)性指數(shù)(Hall Flowmeter)是評(píng)估3D打印鋪粉質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。
鋁合金(如AlSi10Mg)在汽車(chē)制造中主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)支架、懸掛系統(tǒng)等部件。傳統(tǒng)鑄造工藝受限于模具復(fù)雜度,而3D打印鋁合金粉末可通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)仿生結(jié)構(gòu)。例如,某車(chē)企采用3D打印鋁合金制造發(fā)動(dòng)機(jī)支架,重量減輕30%,強(qiáng)度提升10%,同時(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部隨形水道設(shè)計(jì),冷卻效率提高50%。在電子散熱領(lǐng)域,某品牌服務(wù)器散熱片通過(guò)3D打印銅鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu),在相同體積下散熱面積增加3倍,功耗降低18%。但鋁合金粉末易氧化,打印過(guò)程中需嚴(yán)格控制惰性氣體保護(hù)(氧含量<50ppm),否則易產(chǎn)生氣孔缺陷。等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)技術(shù)可制備高純度、低氧含量的鈦合金球形粉末。甘肅冶金粉末合作
熱等靜壓(HIP)后處理能有效消除3D打印金屬件內(nèi)部的孔隙和殘余應(yīng)力。模具鋼粉末
高密度鎢合金粉末因其熔點(diǎn)高達(dá)3422℃和優(yōu)異的輻射屏蔽性能,被用于核反應(yīng)堆部件和航天器推進(jìn)系統(tǒng)。通過(guò)電子束熔融(EBM)技術(shù),可制造厚度0.2mm的復(fù)雜鎢結(jié)構(gòu),相對(duì)密度達(dá)98%。但打印過(guò)程中易因熱應(yīng)力開(kāi)裂,需采用梯度預(yù)熱(800-1200℃)和層間退火工藝。新研究通過(guò)添加1% Re元素,將抗熱震性能提升至1500℃急冷循環(huán)50次無(wú)裂紋。全球鎢粉年產(chǎn)能約8萬(wàn)噸,但適用于3D打印的球形粉末(粒徑20-50μm)占比不足5%,主要依賴(lài)等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)技術(shù)生產(chǎn)。模具鋼粉末