靜電分級利用顆粒帶電特性分離不同粒徑的金屬粉末,精度較振動篩提高3倍。例如,15-53μm的Ti-6Al-4V粉經靜電分級后,可細分出15-25μm(用于高精度SLM)和25-53μm(用于EBM)的批次,鋪粉層厚誤差從±5μm降至±1μm。日本Hosokawa Micron公司的Tribo靜電分選機,每小時處理量達200kg,能耗降低30%。該技術還可去除粉末中的非金屬雜質(如陶瓷夾雜),將航空級鎳粉的純度從99.95%提升至99.99%。但設備需防爆設計,避免粉末靜電積聚引發燃爆風險。金屬粉末的回收利用技術可降低3D打印成本并減少資源浪費。廣西冶金粉末合作
微波燒結技術利用2.45GHz微波直接加熱金屬粉末,升溫速率達500℃/min,能耗為傳統燒結的30%。英國伯明翰大學采用微波燒結3D打印的316L不銹鋼生坯,致密度從92%提升至99.5%,晶粒尺寸細化至2μm,屈服強度達600MPa。該技術尤其適合難熔金屬:鎢粉經微波燒結后抗拉強度1200MPa,較常規工藝提升50%。但微波場分布不均易導致局部過熱,需通過多模腔體設計和AI溫場調控算法(精度±5℃)優化。德國FCT Systems公司推出的商用微波燒結爐,支持比較大尺寸500mm零件,已用于衛星推進器噴嘴批量生產。紹興高溫合金粉末廠家鈷鉻合金粉末在齒科3D打印中廣泛應用,其耐腐蝕性優于傳統鑄造工藝。
3D打印固體氧化物燃料電池(SOFC)的鎳-YSZ陽極,多孔結構使電化學反應表面積增加5倍,輸出功率密度達1.2W/cm(傳統工藝0.8W/cm)。氫能領域,鈦基雙極板通過內部流道拓撲優化,使燃料電池堆體積減少30%。美國Relativity Space打印的液態甲烷/液氧火箭發動機,采用鉻鎳鐵合金內襯與銅合金冷卻通道一體成型,燃燒效率提升至99.8%。但高溫燃料電池的長期穩定性需驗證:3D打印件的熱循環壽命(>5000次)較傳統工藝低20%,需通過摻雜氧化鈰納米顆粒改善。
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%)。
316L不銹鋼粉末因其優異的耐腐蝕性和可加工性,成為工業級3D打印的關鍵材料。通過粉末床熔融(PBF)技術制造的316L零件,微觀結構呈現蜂窩狀奧氏體相,屈服強度可達500MPa以上,延伸率超過40%。該材料廣泛應用于石油化工管道、海洋裝備和食品加工設備。值得注意的是,粉末的球形度(>95%)和流動性(霍爾流速≤25s/50g)直接影響打印質量。目前行業采用氣霧化工藝生產高純度(O<0.03%)不銹鋼粉末,同時開發了含銅抑菌不銹鋼粉末以滿足醫療器械的特殊需求。粉末冶金鐵基材料的表面滲氮處理明著提升了零件的耐磨性和疲勞強度。廣西冶金粉末合作
3D打印金屬粉末的粒徑分布和球形度直接影響打印件的致密性和機械性能。廣西冶金粉末合作
液態金屬(鎵銦錫合金)3D打印技術通過微注射成型制造可拉伸電路,導電率3×10 S/m,拉伸率超200%。美國卡內基梅隆大學開發的直寫式打印系統,可在彈性體基底上直接沉積液態金屬導線(線寬50μm),用于柔性傳感器陣列。另一突破是納米銀漿打。簾Y溫度從300℃降至150℃,兼容PET基板,電阻率2.5μΩ·cm。挑戰包括:① 液態金屬的高表面張力需低粘度改性劑(如鹽酸處理);② 納米銀的氧化問題需惰性氣體封裝。韓國三星已實現5G天線金屬網格的3D打印量產,成本降低40%。