金屬粉末回收是3D打印降低成本的關鍵。磁選法可分離鐵基合金粉末中的雜質,回收率達90%以上;氣流分級技術則通過離心場實現粒徑精細分離,將粉末D50控制在±2μm以內。例如,某企業通過氫化脫氫工藝回收鈦合金粉末,將氧含量從0.03%降至0.015%,性能接近原生粉末,回收成本降低60%。在模具制造領域,某企業采用“新粉+回收粉”混合策略(新粉占比70%),在保證打印質量的前提下,材料成本降低40%。但回收粉末的流動性可能下降,需通過粒徑級配優化鋪粉均勻性。熱等靜壓(HIP)后處理能有效消除3D打印金屬件內部的孔隙和殘余應力。江蘇因瓦合金粉末
微層流霧化(Micro-Laminar Atomization, MLA)是新一代金屬粉末制備技術,通過超音速氣體(速度達Mach 2)在層流狀態下破碎金屬熔體,形成粒徑分布極窄(±3μm)的球形粉末。例如,MLA制備的Ti-6Al-4V粉末中位粒徑(D50)為28μm,衛星粉含量<0.1%,氧含量低至800ppm,明顯優于傳統氣霧化工藝。美國6K公司開發的UniMelt®系統采用微波等離子體加熱,結合MLA技術,每小時可生產200kg高純度鎳基合金粉,能耗降低50%。該技術尤其適合高活性金屬(如鋯、鈮),避免了氧化夾雜,為核能和航天領域提供關鍵材料。但設備投資高達2000萬美元,目前限頭部企業應用。
國際標準對金屬3D打印粉末提出新的嚴格要求。ASTM F3049標準規定,鈦合金粉末氧含量需≤0.013%,球形度≥98%,粒徑分布D10/D90≤2.5;ISO/ASTM 52900標準則要求打印件內部孔隙率≤0.2%,致密度≥99.5%。例如,某企業在通過ISO 13485醫療認證,其鈷鉻合金粉末的雜質元素(Fe、Ni、Mn)總和低于0.05%,符合植入物長期穩定性要求。在航空航天領域中,某型號發動機葉片需通過NADCAP熱處理認證,確保3D打印件在650℃高溫下抗蠕變性能達標。
通過納米包覆或機械融合,金屬粉末可復合陶瓷/聚合物提升性能。例如,鋁粉表面包覆10nm碳化硅,SLM成型后抗拉強度從300MPa增至450MPa,耐磨性提高3倍。銅-石墨烯復合粉末(石墨烯含量0.5wt%)打印的散熱器,熱導率從400W/mK升至580W/mK。德國Nanoval公司的復合粉末制備技術,利用高速氣流將納米顆粒嵌入基體粉末,混合均勻度達99%,已用于航天器軸承部件。但納米添加易導致激光反射率變化,需重新優化能量密度(如銅-石墨烯粉的激光功率需提高20%)。
NASA“Artemis”計劃擬在月球建立3D打印基地,將要利用月壤提取的鈦、鋁粉制造居住艙,抗輻射性能較地球材料提升5倍?;鹦窃毁Y源利用(ISRU)中,在赤鐵礦提取的鐵粉可通過微波燒結制造工具,減少地球補給依賴。深空探測器將搭載電子束打印機,利用小行星金屬資源實時修復船體。技術障礙包括:① 宇宙射線引發的粉末帶電;② 微重力鋪粉精度控制;③ 極端溫差(-150℃至+200℃)下的材料穩定性。預計2040年實現地外全流程金屬制造。水霧化法制備的不銹鋼粉末成本較低,但流動性遜于氣霧化工藝生產的球形粉末。黑龍江冶金粉末廠家
電子束熔化(EBM)技術在高真空環境中運行,特別適用于打印耐高溫的鎳基超合金。江蘇因瓦合金粉末
3D打印金屬粉末的制備是技術鏈的關鍵環節,主要依賴霧化法。氣霧化(GA)和水霧化(WA)是主流技術:氣霧化通過高壓惰性氣體(如氬氣)將熔融金屬液流破碎成微小液滴,快速冷卻后形成高球形度粉末,氧含量低,適用于鈦合金、鎳基高溫合金等高活性材料;水霧化則成本更低,但粉末形狀不規則,需后續處理。近年等離子旋轉電極霧化(PREP)技術興起,通過離心力甩出液滴,粉末純凈度更高,但產能受限。粉末粒徑通??刂圃?5-53μm,需通過篩分和氣流分級確保均勻性,以滿足不同打印設備(如SLM、EBM)的鋪粉要求。江蘇因瓦合金粉末