北京科技大学：3D打印“低成本金属粉末制备新技术”实现应用

金属3D打印技术作为一种先进材料制造工艺，其制品已在航空航天、汽车、医疗等高端领域得到了小规模应用。拥有优良流动性的球形金属粉末，是当前金属3D打印技术的重要基础原料。然而，传统雾化工艺生产的3D打印球形金属粉末价格昂贵，通常45μm以下的球形钛粉的价格普遍高于1500元/kg，而难熔合金球形粉末的价格更是高达1万元/kg以上。高昂的原料成本已成为制约全球3D打印工业发展和规模化应用的关键问题。

近来，北京科技大学曲选辉教授团队陈刚副教授等研究人员，基于气-固两相流理论，创立了流化制备3D打印用低成本金属粉末的新方法：以传统工艺制备的低成本不规则形貌粉末（如氢化脱氢钛粉、还原钨粉等）为原料，在适当温度下，不规则形貌的粉末颗粒（固体）在流动气体（流体）作用下互相碰撞，呈现出流态化现象，颗粒间的冶金结合和塑性变形显著改善不规则粉末的形貌、球形度和流动性，并可以实现粉末流动性和杂质可控。

流化工艺示意图

该工艺具有流程短、收得率高、能耗低、易于规模化等特点。流化粉末性能与球形粉末相当，成本较雾化球形粉降低60%以上，所制3D打印制品性能优异。采用SLM技术打印的纯钛流化粉成形件的氧含量为0.17±0.01wt.%，室温抗拉强度602±4.6MPa，断裂延伸率20.1±1.2%，这些数据和EOS给出的官方性能相当。

基于该工艺制备的粉末能否用于SLM技术，*受质疑的是关于粉末的流动性问题。对此，北科大的研究人员发表了相关论文。研究指出，处理后的粉末相比原料粉具有更好的平滑度；除了形状的改变，5μm以下的细粉也显著减少，平均粒径从原料粉的28.6μm增大到550℃处理后的33.9μm,这也意味着，流化处理对*终粒径范围和平均粒径的影响较小。在粉末的流动性方面，450℃处理后粉末的流动性为35.2±0.3s/50g,它与已商用化的类似粒度范围的高球形度TC4具有相当的流动性，因此并不必过多担心铺粉的问题。

基于该工艺制备的粉末能否用于SLM技术，*受关注的应当是粉末的流动性。对此，北科大的研究人员发表了相关论文。研究指出，经流化改性处理后，不规则形貌粉末的粒度分布变窄，球形度得到改善，表面更光滑，从而显著提高了粉末的流动性。例如，流化处理后的钛粉流动性（粒度范围：15~45μm）为35.2±0.3s/50g，该结果与市面上类似粒度范围的雾化球形TC4粉末的流动性相当，因此流化粉末也能实现顺畅的送粉和铺粉流程（相关论文并及授权专利已上传QQ群）。

该团队以低成本氢化脱氢粉末为原料，通过流化技术已经研制出了Ti、Ti-6Al-4V、TiTa、Nb521、NbTi等3D打印高熔点微细粒径金属粉末，供应给中国航发北京航空材料研究院、钢铁研究总院、北京隆源、上海第九人民医院等单位，应用于航天/航空发动机关键部件与医用植入体的3D打印成形，用户评价良好。该创新工艺荣获了第四届冶金青年创新创意大赛二等奖，第六届中国国际“互联网+大学生创新创业大赛”北京赛区二等奖。

本站部分内容属转载，版权归原作者所有，特此声明！如果侵犯了您的版权请来信告知，我们将尽快删除

相关新闻