粘結(jié)劑噴射(Binder Jetting)通過(guò)噴墨頭選擇性沉積粘結(jié)劑,逐層固化金屬粉末,生坯經(jīng)脫脂(去除90%以上有機(jī)物)和燒結(jié)后致密化。其打印速度是SLM的10倍,且無(wú)需支撐結(jié)構(gòu),適合批量生產(chǎn)小型零件(如齒輪、齒科冠橋)。Desktop Metal的“Studio System”使用420不銹鋼粉,燒結(jié)后密度達(dá)97%,成本為激光熔融的1/5。但該技術(shù)對(duì)粉末粒徑要求嚴(yán)苛(需<25μm),且燒結(jié)收縮率高達(dá)20%,需通過(guò)數(shù)字補(bǔ)償算法預(yù)先調(diào)整模型尺寸。惠普(HP)推出的Metal Jet系統(tǒng)已用于生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)個(gè)不銹鋼剃須刀片,良品率超99%。粉末冶金齒輪通過(guò)模壓-燒結(jié)-精整工藝制造的密度可達(dá)理論密度的95%以上。衢州鋁合金粉末咨詢
荷蘭MX3D公司采用的
電弧增材制造(WAAM)打印出12米長(zhǎng)不銹鋼橋梁,結(jié)構(gòu)自重4.5噸,承載能力達(dá)20噸。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 多機(jī)器人協(xié)同打印路徑規(guī)劃;② 實(shí)時(shí)變形補(bǔ)償算法(預(yù)彎曲0.3%);③ 在線熱處理消除層間應(yīng)力。阿聯(lián)酋的“3D打印未來(lái)大廈”項(xiàng)目采用鈦合金網(wǎng)格外骨骼,抗風(fēng)荷載達(dá)250km/h,材料用量比較傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)減少60%。但建筑規(guī)范滯后:中國(guó)2023年發(fā)布的《增材制造鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》將打印件強(qiáng)度折減系數(shù)定為0.85,推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。 嘉興高溫合金粉末品牌粉末冶金燒結(jié)過(guò)程中的液相形成機(jī)制對(duì)硬質(zhì)合金的晶粒長(zhǎng)大有決定性影響。
超高速激光熔覆(EHLA)以10-50m/min的掃描速度在基體表面熔覆金屬粉末,熱輸入降低至常規(guī)熔覆的10%,實(shí)現(xiàn)納米晶涂層(晶粒尺寸<100nm)。德國(guó)亞琛大學(xué)采用EHLA在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)表面熔覆WC-12Co粉末,硬度達(dá)HRC 65,耐磨性提升8倍,使用壽命延長(zhǎng)至50萬(wàn)公里。關(guān)鍵技術(shù)包括:① 同軸送粉精度±0.1mm;② 激光-粉末流耦合控制(能量密度300J/mm2);③ 閉環(huán)溫控系統(tǒng)(波動(dòng)±5℃)。中國(guó)徐工集團(tuán)應(yīng)用EHLA修復(fù)礦山機(jī)械軋輥,單件修復(fù)成本降低70%,但涂層結(jié)合強(qiáng)度(>450MPa)需通過(guò)HIP后處理保障,工藝鏈復(fù)雜度增加。
3D打印鋯合金(如Zircaloy-4)燃料組件包殼,可設(shè)計(jì)內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu),提升耐壓性和中子經(jīng)濟(jì)性。美國(guó)西屋電氣通過(guò)EBM制造的核反應(yīng)堆格架,抗蠕變性能提高50%,服役溫度上限從400℃升至600℃。此外,鎢銅復(fù)合部件用于聚變堆前列壁裝甲,銅基體快速導(dǎo)熱,鎢層耐受等離子體侵蝕。但核用材料需通過(guò)嚴(yán)苛輻照測(cè)試:打印件的氦脆敏感性比鍛件高20%,需通過(guò)熱等靜壓(HIP)和納米氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)工藝優(yōu)化。中廣核已建立全球較早3D打印核級(jí)部件認(rèn)證體系。
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。貴金屬粉末(如銀、金)在珠寶3D打印中實(shí)現(xiàn)微米級(jí)精度,能快速成型傳統(tǒng)工藝難以加工的鏤空貴金屬飾品。云南因瓦合金粉末品牌
鎢銅復(fù)合粉末通過(guò)粉末冶金工藝制備的電觸頭,具有優(yōu)異的耐電弧侵蝕性能。衢州鋁合金粉末咨詢
NASA的“OSAM-2”任務(wù)計(jì)劃在軌打印10米長(zhǎng)Ka波段天線,采用鋁硅合金粉末(粒徑20-45μm)和電子束技術(shù)。微重力環(huán)境下,粉末需通過(guò)靜電吸附鋪裝(電場(chǎng)強(qiáng)度5kV/m),層厚控制精度±3μm。俄羅斯Energia公司測(cè)試了真空環(huán)境下的鈦合金SLM打印,零件孔隙率0.2%,但設(shè)備功耗高達(dá)8kW,遠(yuǎn)超衛(wèi)星供電能力。未來(lái)月球基地建設(shè)中,3D打印可利用月壤提取的金屬粉末(如鈦鐵礦還原成鈦粉)制造結(jié)構(gòu)件,但月塵的高磨蝕性需開(kāi)發(fā)專業(yè)用送粉系統(tǒng),當(dāng)前試驗(yàn)中部件壽命不足100小時(shí)。衢州鋁合金粉末咨詢