3D打印金属原料粉体的要求

2018-04-14 by:CAE仿真在线来源:互联网

与传统的减材制造方式相比,3D打印几乎不会造成金属材料浪费,而且这种“增材制造”直接成形的特点使得产品在生产过程中的设备问题大大减少。

金属粉体材料是金属3D打印的原材料,其粉体的基本性能对最终的成型产品品质有着很大的关系。金属3D打印对于粉体的要求主要在化学成分、颗粒形状、粒度及粒度分布、流动性、循环使用性等这几个方面。

原料的主要化学成分包括金属元素和杂质,主要金属元素常用的有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及贵金属Ag、Au等。杂质有还原铁中的Si、Mn、C、S、P、O等,以及从原料和粉末生产中混入的其他杂质等,粉体表面吸附的水及其他气体等。

在成型过程中,杂质可能会与基体发生反应,改变基体性质,给产品品质带来负面的影响。掺杂物的存在也会使粉体熔化不均,易造成产品的内部缺陷。粉体含氧量较高时,金属粉体不仅易氧化,形成氧化膜,还会导致球化现象,影响产品的致密度及品质。

因此,需要严格控制原料粉体的杂质及掺杂以保证产品的品质,所以,3D打印用金属颗粒形状、粉体粒度及粒度分布都有要求。

1、形状要求

常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。不规则的颗粒具有更大的表面积,有利于增加烧结驱动,但球形度高的粉体颗粒流动性好,送粉铺粉均匀,有利于提升产品的致密度及均匀度,因此,3D打印用粉体颗粒一般要求是球形或者近球形。

2、粉体粒度及粒度分布

研究表明,粉体是通过直接吸收激光或电子束扫描时的能量而熔化烧结,粒子小则表面积大,直接吸收能量多,更易升温,越有利于烧结。此外,粉体粒度小,粒子之间间隙小,松装密度高,成形后零件致密度高,因此,有利于提高产品的强度和表面质量。但粉体粒度过小时,粉体易发生粘附团聚,导致粉体流动性下降,影响粉料运输及铺粉均匀。

所以细粉、粗粉应该以一定配比混合,选择恰当的粒度与粒度分布以达到预期的成形效果。

3、粉体的工艺性能要求

粉体的工艺性能主要包括松装密度、振实密度、流动性和循环利用性能。

1、松装密度

它是粉末自然堆积时的密度,振实密度是经过振动后的密度。球形度好、粒度分布宽的粉末松装密度高,孔隙率低,成形后的零件致密度高成形质量好。

2、流动性

粉体的流动性直接影响铺粉的均匀性或送粉的稳定性。粉末流动性太差,易造成粉层厚度不均,扫描区域内的金属熔化量不均,导致产品内部结构不均,影响成形质量。而高流动性的粉末易于流动,沉积均匀,粉末利用率高,有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均匀致密化。

3、循环性能

3D打印过程结束后,留在粉床中未熔化的粉末通过筛分回收仍然可以继续使用。

来源:中国模具网

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