3D打印用球形钛粉制备技术研究现状

目前,我国3D打印材料市场规模已达到30亿元,其中钛合金占比最大,达到了20%。3D打印钛合金零件被广泛应用于航空航天、核工业、医疗器械及运动器材等领域。钛合金粉末作为3D打印钛合金零件的重要金属材料,其性能(包括氧含量、纯净度、球形度、粉末粒径、粉体密度等)直接影响到3D打印钛合金零件的成型性能,3D打印钛粉的制备技术及工艺已成为国内外开发和研究的热点。首先详细介绍了制备球形钛粉的主要方法,包括雾化法(气雾化、离心雾化、等离子雾化)、球化法(激光球化、等离子球化)、造粒烧结脱氧法,同时综述了国内外研究现状;接着对球形钛粉制备技术进行了比较,认为造粒烧结法因制粉成本低廉而具有很大的发展前景;最后对球形钛粉制备技术的发展趋势进行了展望。     

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的 研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法 阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果 在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm³,流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率＜3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1 246±12) MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论 VIGA方法制备的 24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。     

金属与粉末冶金

<正>Ames实验室使用气体雾化技术生产金属3D打印材料设在美国爱荷华州立大学的Ames实验室近期制造出了完美的金属粉末材料。虽然金属粉末的创新可能看起来很小,但它对3D打印行业的影响巨大。由他们最先进的气体雾化方法生产的金属粉末材料,Ames实验室的金属粉末由完美光滑的球形颗粒组成,是金属3D打印的理想材料选择。传统制造的粉末不是很流畅地通过沙漏的颈部,而且当停止和启动,需要被     

金属零部件制造的3D打印技术现状及发展趋势

正3D打印又称"增材制造",美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会将其明确定义为"采用打印头、喷嘴或其他打印技术沉积材料来制造物体的技术"~([1])。因此,3D打印是一类制造技术的总称,从内涵至外延包含了广泛的原材料应用和增材工艺方法。自1892年基于叠层制造原理的立体地形模型制造专利发布起,3D打印技术的原始创新活动蓬勃发展,近30年来国内外大量学者将增材工艺与数字化制造     

日本金属部件增材制造技术的最新状况

<正>增材制造(Additive Manufacturing,AM)俗称3D打印(3D Pring),是集机械、计算机、数控和材料于一体的先进制造技术,也称快速制造技术~([1])。该技术最早出现于20世纪80年代,其基本原理是获取实体零件的三维截面信息,再将三维加工简化为二维加工,逐点或逐层堆积,最终获得实体零件。与传统制造方法相比,增材制造技术更加节省原料,也更加节约能源,可在没有工装夹具或模具的情况     

3D打印技术 引领新思路 呼唤新想法——3D打印材料及应用技术前沿论坛侧记

正2017年11月10~12日,"2017新材料国际发展趋势高层论坛"在西安成功召开。作为大会分论坛的"3D打印材料及应用技术前沿论坛暨中国3D打印材料发展趋势研讨会"于12日顺利举办。分论坛由南京工业大学3D打印中心、金属多孔材料国家重点实验室、快速制造国家工程研究中心、凝固技术国家重点实验室、《中国材料进展》杂志社承办。论坛由沈晓冬教授、伍尚华教授、     

数字化3D打印技术在口腔种植中的应用进展

<正>一、引言3D打印技术又叫"增材制造技术",起源于快速成型技术~([1])。在20世纪80年代,伴随着增材制造(AM)即逐层构建物体的思想的出现,世界上第1台3D打印系统被研发出来。1986年美国Charles Hull开发出立体光固化3D打印设备,并成立了3D Systems公司。目前有许多不同的3D打印技术和工艺,最早出现的立体光固化(Stereo Lithography Apparatus,SLA),后来Stratasys公     

喷射成形技术及应用开发研究

喷射成形技术是一种快速凝固近终成形材料制备新技术,其最突出的创新点在于,把液态金属的雾化(快速凝固)和雾化熔滴的沉积(熔滴动态致密固化)自然地结合起来,在一步冶金操作中完成,以最少的工序,直接从液态金属制取具有快速凝固组织、整体致密、接近零件实际形状的高性能材料或半成品坯件。利用这项技术,不仅可以制备出许多高性能的新材料,而且可以大幅度提高传统材料的性能,同时又不明显地增加材料的制备成本,容易获得较高的产量,因此,喷射成形技术对于冶金材料制备行业来讲,有着广泛的适应性,是标志着材料制备技术更新换代的一种新型技术手段,在国际上,与半固态加工、薄板坯铸轧     

金属3D打印技术在波导件上的应用

正1 3D打印产业化应用情况概述3D打印,即增材制造,是一种由产品三维模型数据直接驱动,基于离散—堆积原理,通过数字化逐层添加材料的方式来制备零件的一种新兴制造技术。近年来,随着3D打印技术的快速发展,3D打印技术已经由最初的非金属打印发展为非金属和金属3D打印,其中金属3D打印技术已经在航     

树脂包覆球形SiO2颗粒制备3D打印用陶瓷/树脂复合粉体

采用球形致密的SiO₂微米颗粒制备用于3D打印的陶瓷/树脂复合粉体, 并对粉体的固化和烧结性能进行了研究。结果显示, 随着温度升高或固体含量的增加, 包覆介质的粘度逐渐增大, 最佳树脂浓度为27wt%。均匀包覆的陶瓷/树脂复合粉体具有良好的分散性、流动性(25 (s/50 g))和较大的堆积密度(45.0%)。球形颗粒堆积形成的贯通孔道和球形颗粒表面均匀的吸附能对均匀包覆过程起到了至关重要的作用。包覆层的厚度(1.1~3.7 μm)可以通过调节抽滤过程的负压进行精确控制。由于颗粒之间形成了树脂颈部, 使制备的粉体具有很好的固化强度, 固化的陶瓷生胚经1250 ℃烧结后获得了性能优异的陶瓷: 压缩强度为10.2 MPa, 弯曲强度为2.7 MPa, 烧结收缩仅5%。上述结果表明, 复合粉体在3D打印产业上具有良好的应用前景。     

金属零件3D打印技术的应用研究

金属零件3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术,是目前先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展对材料的不断需求,利用快速成形技术直接制造金属功能零件将会成为该技术的主要发展方向。3D打印技术正在快速改变着人们传统的生产方式和生活方式。以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印制造技术被外界认为将推动第三次工业革命。激光工程化净成形技术(LENS),激光选区熔化技术(SLM)及电子束选区熔化技术(EBSM)3种技术是金属零件3D打印技术的典型代表。对金属零件3D打印技术,包括基本的技术原理及其技术应用领域进行了介绍,最后对金属零件3D打印技术的发展进行了展望。     

气体雾化法制备粉体技术研究概述

气体雾化法制备的粉体粒度小,球形度高,氧含量低,流动性好,能够进行大规模的工业化生产。经过不断的发展后,气雾化制粉技术已经成为生产高性能球形金属及合金粉体的主要方法。本文概述了气雾化技术的起源与发展、气雾化原理及其关键技术,以及气雾化主体设备工艺分型等。     

EIGA法制备激光3D打印用TA15钛合金粉末

采用电极感应熔炼气雾化(EIGA)法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,粉末收得率超过62%,中值粒径D_(50)小于100μm,松装密度为2.731g/cm3,流动性为22.46s/50g。对粒径50~180μm的粉末采用激光3D打印,激光直接沉积成形的TA15钛合金样品表面无宏观裂纹和气孔等缺陷,金相组织为细晶网篮组织,制备的TA15钛合金粉末具有良好的可打印性。     

树脂包覆球形SiO_2颗粒制备3D打印用陶瓷/树脂复合粉体（英文）

采用球形致密的SiO2微米颗粒制备用于3D打印的陶瓷/树脂复合粉体,并对粉体的固化和烧结性能进行了研究。结果显示,随着温度升高或固体含量的增加,包覆介质的粘度逐渐增大,最佳树脂浓度为27wt%。均匀包覆的陶瓷/树脂复合粉体具有良好的分散性、流动性(25 (s/50 g))和较大的堆积密度(45.0%)。球形颗粒堆积形成的贯通孔道和球形颗粒表面均匀的吸附能对均匀包覆过程起到了至关重要的作用。包覆层的厚度(1.1～3.7μm)可以通过调节抽滤过程的负压进行精确控制。由于颗粒之间形成了树脂颈部,使制备的粉体具有很好的固化强度,固化的陶瓷生胚经1250℃烧结后获得了性能优异的陶瓷:压缩强度为10.2 MPa,弯曲强度为2.7 MPa,烧结收缩仅5%。上述结果表明,复合粉体在3D打印产业上具有良好的应用前景。     

激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术

相对于传统技术,3D打印技术在直接成型复杂形状金属和高分子零部件方面显示出了巨大的优越性。然而,3D打印技术在陶瓷零部件的成型方面尚存在诸多难题。为此,华中科技大学史玉升教授团队在3D打印陶瓷材料的制备及其成型技术方面做了较多研究。详细介绍了激光选区烧结(SLS)技术中复合粉体的两种主要制备方法:一种是通过机械混合法将陶瓷粉体与高分子聚合物机械混合制得SLS成型用复合粉体;另一种是通过溶解沉淀法或溶剂蒸发法将高分子聚合物包覆在陶瓷颗粒表面制得复合粉体。研究表明,采用上述两种制粉方法均可制备出具有良好流动性的适于3D打印的复合陶瓷粉体。还系统地讨论了SLS素坯的成型机理以及预热温度、激光功率和单层厚度等SLS工艺参数对陶瓷素坯的力学性能和成型精度的影响。在此基础上,采用最佳SLS工艺参数制备出传统成型工艺难以成型的具有三维孔洞结构的多孔堇青石和高岭土陶瓷零部件。此外,结合SLS工艺与冷等静压(CIP)技术提出了SLS/CIP复合成型技术,提高了SLS成型陶瓷的致密度和力学性能,制备出高性能、复杂结构的Al_2O_3、ZrO_2、Si C等致密陶瓷零部件,为采用3D打印技术制备航空航天、国防等领域用高性能陶瓷零部件打下了良好的基础。     

功率对EIGA制备3D打印用TC4合金粉末特性的影响

与传统的雾化制粉技术不同,电极感应熔炼气体雾化(EIGA)技术是采用预合金棒料为电极,无坩埚感应加热,熔化后直接滴落雾化区被惰性气体雾化的技术.该技术由于在熔炼过程中液态金属与坩埚不接触,有效地减少了钛合金粉末中的夹杂物,改善了合金粉末的质量.本文利用自主设计制造的EIGA制粉设备,采用激光粒度分析仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段,研究了不同功率参数对雾化制备TC4合金粉末的粒度分布、组织形貌、空心球等的影响.研究表明:EIGA法制备的TC4合金粉末整体球形度均较好,空心球缺陷较少,空心球率低于3%.熔炼功率较低时,粗颗粒粉末较多,且存在一定比例不规则的棒形和哑铃状粉末颗粒;当功率提高到62 k W时,细粉比例明显提高,不规则形状的粉末颗粒基本消失.随着功率的升高,粉末中的氧含量呈增加趋势,但仍基本保持在0.08%~0.10%较低范围内.功率为56 k W时,粉末松装密度最好,为2.686 g/cm3,松装密度比为60.63%,符合激光3D打印用TC4钛合金粉末松装密度比要求.     

制造技术领域的国际制高点——3D打印材料技术前沿论坛侧记

正2014年9月21日下午,"2014新材料国际发展趋势高层论坛——3D打印材料技术前沿论坛"(以下简称3D打印分论坛)在西安都市之门二层学术报告厅隆重召开,能够容纳200人的会场内外聚集了众多的参会代表。3D打印分论坛由中国工程院化工、冶金与材料工程学部和中国工程院机械与运载工程学部主办,由快速制造国家工程研究中心、凝固技术国家重点实验室、国防科技工业激光增材制造研究应用中心和金属多孔材料国家重点实验室4家单位承办。3D打印分论坛共邀请了西安交通大学机械制造系统工程国家     

3D打印制备多孔结构的研究与应用现状

多孔结构材料具有优异的物理、力学性能,应用领域广泛。目前,已开发出的多孔结构的制备方法种类繁多,然而仅少数可实现批量生产,大多数方法工艺较为复杂,并且在制备过程中难以对多孔结构进行有效控制,以致所得多孔结构仍存在某些性能方面的不足。3D打印技术的发展与应用为多孔结构的制备带来了新的途径,所制备的多孔结构可同时具备宏观孔隙和微观孔隙,其骨架及宏观孔隙可以根据需要进行设计。可用于制备多孔结构的3D打印方法主要有利用激光能量的选择性激光烧结法(SLS)、选择性激光熔化法(SLM)和激光近净成形法(LENS)等方法,利用电子束能量的电子束熔化(EBM)法,喷射粘结剂的三维印刷(3DP)法,材料挤出类中的熔融沉积成形(FDM)法和三维浆丝沉积(3DF)法,以及间接3D打印法。近年来,国内外学者对采用这些方法制备多孔结构开展了一定的研究,以期找到适合具体情况的3D打印方法及相应合理的工艺规范,从而提高制件的性能。采用SLS、SLM和LENS法,通过控制激光扫描轨迹和粉末烧结程度可以获得材料的宏观和微观孔隙。SLS法可制备的多孔结构材料种类较广,SLM和LENS法主要用于制备金属多孔结构。EBM法与SLM法类似,但EBM法需要在真空环境下成形,可用于制备Ti等活泼金属材料。适用于3DP法的粉末材料种类更广,可选用不同的粘结剂和相应的后处理方法,其工艺灵活性大。FDM法一般用于低熔点热塑性材料,通过熔融挤出而堆积成宏观多孔结构。3DF法以粉末浆料的形式挤出成形,适用的材料种类比FDM法广,得到的结构具有宏观和微观孔隙。FDM和3DF法的打印精度和孔隙尺寸受喷嘴打印能力的限制。间接法先利用某种便捷的3D打印方法制备出多孔结构原模,再将该原模经粉末冶金、浇注等方法制得所需的多孔结构材料,这样可以避免3D打印直接制备某些材料的多孔结构在结构特征方面受到的限制。上述这些方法中,由于激光和电子束的能量集中,故SLM和EBM法制备的多孔结构相对于其他方法更精细。3D打印制备多孔结构时孔隙的形成机理可以总结为:制件内打印轨迹未到达的区域形成的宏观设计孔隙、制件骨架内的粘结剂被加热分解或被溶解而去除后形成的孔隙、气体溶解在烧结过程中的熔融金属内形成的孔隙、激光扫描熔迹之间形成的孔隙、粉末颗粒间堆积空隙形成的孔隙。本文对3D打印制备多孔结构的研究与应用现状进行了综述,概述了制备多孔结构的几种主要的3D打印方法,总结了其孔隙的形成机理,介绍了3D打印多孔结构的应用现状,指出了未来需要开展的研究。     

熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响

基于电极感应熔炼惰性气体雾化(EIGA)技术制备Ti-6Al-4V钛合金粉末,采用激光粒度仪、扫描电镜(SEM)等测试分析手段研究熔炼功率对粉末粒径分布及形貌的影响规律。结果表明:在实验参数范围内,EIGA技术制备的Ti-6Al-4V钛合金粉末,具有粒径细小、流动性好、松装密度大、球形度高等特点,适用于3D打印技术;随着熔炼功率的增大,粉末的中值粒径存在细化的趋势,但当功率增大到33 kW时,粉末中值粒径相对增大;球形度下降,并且粉末中卫星球比例也明显增大。从粉末松装密度、流动性、球形度、粒度、形貌等综合因素考虑,适合Ti-6Al-4V钛合金粉末制备的熔炼功率为30 kW。     

气体雾化法制成的快速凝固钢——高温合金和钛粉末的生产与特性

气体雾化法已发展成生产航天高技术用高质量快速凝固粉末的一种手段。本文讨论了制造这些粉末的生产和研制技术,介绍了气体雾化粉末快速凝固显微组织的特征,并和普通的凝固材料做了比较,表明工具钢的特点是碳化物很细,分布均匀,且无宏观偏析。高温合金显示出快速凝固的枝晶二次臂距小。本文还阐述了气体雾化法在铁合金中的独特应用,特别强调含有强化质点的细晶粒弥散相合金,还介绍了用气体雾化法生产的高级金属间材料,如Ti_3Al。