通过常规制造工艺(铸造、锻造等)工艺制造的零件是不会发生爆炸现象的。然而,通过金属3D打印制造的零件,爆炸却是一个潜在的安全隐患。将金属3D打印用于制造零件,这一过程中需要重视的问题是安全隐患,在3D科学谷发布的《金属粉末3D打印的安全隐患与防护措施》以及《实现金属3D打印安全生产,几点你需要了解的安全影响因素》做过详细的阐述。然而,仅仅是3D打印金属过程中那些随着零件一起离开加工区域的被困粉末就会带来很多安全隐患。本期,3D科学谷与谷友一起来领略,与金属粉末有关的安全问题,特别是在零件的后处理过程中。也许您已经看到操作人员和技术人员佩戴呼吸器和穿着个人防护设备的景象,这是因为在金属3D打印系统中所使用的金属粉末原料通常足够小并很容易随着呼吸被吸入并吸收到人体内。事实上,有些人还对镍金属过敏,这进一步使得金属粉末的吸入问题成为一大关注点。
等离子雾化法PA(PlasmaAtomization)是采用对称安装在熔炼室顶端的离子体炬,形成高温的等离子体焦点,温度甚至可以高达10000K,专用送料装置将金属丝送入等离子体焦点,原材料被迅速熔化或汽化,被等离子体高速冲击分散雾化成超细液滴或气雾状,在雾化塔中飞行沉积过程中,与通入雾化塔中的冷却氩气进行热交换冷却凝固成超细粉末,PA法制得的金属粉末呈近规则球形,粉末整体粒径偏细。粉末冶金烧结炉由于等离子炬温度高,理论上PA法可制备现有的所有高熔点金属合金粉末,但由于该技术采用丝材雾化制粉,限制了较多难变形合金材料粉末的制备,如钛铝金属间化合物等,同时原材料丝材的预先制备提高了制粉成本,为保证粉末粒度等品质控制,生产效率有待提升。高端粉末冶金烧结炉优点:45μm以下粉末收得率极高,几乎无空心球气体夹带,优于气雾化法。Arcam电子束成型所采用的TC4合金均用该法制备。缺点:球形度稍差,有卫星粉,丝材成本较高
我国高端3D打印原材料仍然依赖进口,未来具有较大的进口替代空间。粉末冶金烧结炉可分为消费级和工业级。消费级3D打印机主要面对消费型、娱乐型以及对产品精度要求不高的产品;而工业级3D打印机主要面对质量精度要求较高的航空航天、器械、汽车、模具开发等下游市场。去年全球3D打印在汽车行业规模达到4.8亿美元,机构预计,到2020年市场规模有望达到15亿美元。目前3D打印材料主要为光敏树脂、ABS塑料等原料,还可以使用铝粉、钛粉等金属粉末,以及氧化铝、碳纤维等陶瓷粉末为原料进行打印。其中,金属材料的纯净度、颗粒度、均匀度、球化度、含氧量等指标对打印产品性能影响较大。河南粉末冶金烧结炉目前应用的金属粉末材料主要包括钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金等。因金属粉末材料技术壁垒较高、生产困难导致市场产量不足,致力于铝合金材料、金属复合材料以及铝合金非复合材料研究、生产和销售的技术企业有望率先受益
外媒称,为了制造可穿戴电子产品,中国的一个研究小组研发了一种3D打印机,将电子纤维融合进织物中。据合众社网站3月27日报道,目前制作智能服装,或可穿戴电子产品的大多数方法都是手工将电子部件缝进织物中。粉末冶金烧结炉这种多个步骤的过程是一种耗时的劳动密集型工作,这令它们更加昂贵。清华大学的研究人员们决定通过将电子纤维打印在织物上来节省时间和金钱,而不是将电子部件整合进衣服中。清华大学化学系教授张莹莹在新闻发布会上说:“我们使用一台配备了自行设计的同轴喷嘴的3D打印机,直接将纤维打印在织物上,并证明这可以用于能源管理目的。我们提出同轴喷嘴的方式,因为单轴喷嘴一次只能打印一种墨水,因此极大地限制了打印结构的成分多样性以及功能设计。”这种双头喷嘴令研究人员们能够打印由导电芯和蚕丝绝缘外层组成的多层线。高端粉末冶金烧结炉科学家将装满这两种墨水的注射器装在同轴喷嘴上,并将其与3D打印机组装在一起。
金属的粉末制备方法1.等离子旋转电极法(PREP)等离子旋转电极法PREP(PlasmaRotatingElectrode-comminutingProcess)是俄罗斯发展起来的一种球形粉末制备工艺。粉末冶金烧结炉其原理将金属或合金加工成棒料并利用等离子体加热棒端,同时棒料进行高速旋转,依靠离心力使熔化液滴细化,在惰性气体环境中凝固并在表面张力作用下球化形成粉末;通过筛分将不同粒径的粉末分级,经过静电去夹杂(仅针对高温合金)后得到终粉末产品。PREP原理图PREP法适用于钛合金、高温合金等合金粉末的制备。高端粉末冶金烧结炉该方法制备的金属粉末球形度较高,流动性好,但粉末粒度较粗,SLM工艺用微细粒度(0-45μm)粉末收得率低,细粉成本偏高。由于粉末的粗细即液滴尺寸的大小主要依靠提高棒料的转速或增大棒料的直径,转速提高必然会对设备密封、振动等提出更高的要求。
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。20世纪50~60年代,主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金。70年发出一批耐蚀钛合金,80年代以来,耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。粉末冶金烧结炉钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。钛、质轻、强度高且具有优良的生物相容性,是非常理想的医用金属材料,可用作植入人体的植入物等。河南粉末冶金烧结炉生产厂家在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4vELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子,降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害,这一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金,将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作,并取得一些新的进展。