冷喷涂技术以超音速(Mach 3)喷射金属颗粒,通过塑性变形固态沉积成型,适用于热敏感材料。美国VRC Metal Systems采用冷喷涂修复直升机变速箱齿轮,结合强度300MPa,成本较激光熔覆降低60%。NASA将冷喷涂铝用于国际空间站外壳修补,抗微陨石撞击性能提升3倍。挑战包括:① 粉末需高塑性(如纯铜、铝);② 基体表面需喷砂处理(粗糙度Ra 5μm);③ 沉积效率50-70%。较新进展中,澳大利亚Titomic公司开发动力学冷喷涂(Kinetic Spray),沉积速率达45kg/h,可制造9米长船用螺旋桨。梯度材料3D打印技术可实现金属-陶瓷复合结构的逐层成分调控。广西钛合金粉末咨询
X射线计算机断层扫描(CT)是检测内部缺陷的金标准,可识别小至10μm的孔隙和裂纹,但是单件检测成本超500美元。在线监控系统通过红外热成像和高速摄像实时捕捉熔池动态:熔池异常波动(如飞溅)可即时调整激光参数。机器学习模型通过分析历史数据预测缺陷概率,西门子开发的“PrintSight”系统将废品率从15%降至5%以下。然而,缺乏统一的行业验收标准(如孔隙率阈值),导致航空航天与汽车领域采用不同质检协议,阻碍规模化生产。西藏钛合金粉末3D打印金属粉末的粒径分布和球形度直接影响打印件的致密性和机械性能。
3D打印金属粉末的制备是技术链的关键环节,主要依赖雾化法。气雾化(GA)和水雾化(WA)是主流技术:气雾化通过高压惰性气体(如氩气)将熔融金属液流破碎成微小液滴,快速冷却后形成高球形度粉末,氧含量低,适用于钛合金、镍基高温合金等高活性材料;水雾化则成本更低,但粉末形状不规则,需后续处理。近年等离子旋转电极雾化(PREP)技术兴起,通过离心力甩出液滴,粉末纯净度更高,但产能受限。粉末粒径通常控制在15-53μm,需通过筛分和气流分级确保均匀性,以满足不同打印设备(如SLM、EBM)的铺粉要求。
纳米级金属粉末(粒径<100nm)使微尺度3D打印成为可能。美国NanoSteel的Fe-Ni纳米粉通过双光子聚合(TPP)技术打印出直径10μm的微型齿轮,精度达±200nm。应用包括MEMS传感器和微流控芯片:银纳米粉打印的电路线宽1μm,电阻率1.6μΩ·cm,接近块体银性能。但纳米粉的储存与处理极具挑战:需在-196℃液氮中防止氧化,打印环境需<-70℃。日本TDK公司开发的纳米晶粒定向技术,使3D打印磁性件的矫顽力提升至400kA/m,用于微型电机效率提升15%。
316L不锈钢粉末通过SLM(选择性激光熔化)技术成型,可生产复杂结构的耐高温、抗腐蚀工业零件。
通过纳米包覆或机械融合,金属粉末可复合陶瓷/聚合物提升性能。例如,铝粉表面包覆10nm碳化硅,SLM成型后抗拉强度从300MPa增至450MPa,耐磨性提高3倍。铜-石墨烯复合粉末(石墨烯含量0.5wt%)打印的散热器,热导率从400W/mK升至580W/mK。德国Nanoval公司的复合粉末制备技术,利用高速气流将纳米颗粒嵌入基体粉末,混合均匀度达99%,已用于航天器轴承部件。但纳米添加易导致激光反射率变化,需重新优化能量密度(如铜-石墨烯粉的激光功率需提高20%)。
纳米级金属粉末的制备技术突破推动了微尺度金属3D打印设备的发展。广西钛合金粉末咨询
超高速激光熔覆(EHLA)以10-50m/min的扫描速度在基体表面熔覆金属粉末,热输入降低至常规熔覆的10%,实现纳米晶涂层(晶粒尺寸<100nm)。德国亚琛大学采用EHLA在柴油发动机活塞环表面熔覆WC-12Co粉末,硬度达HRC 65,耐磨性提升8倍,使用寿命延长至50万公里。关键技术包括:① 同轴送粉精度±0.1mm;② 激光-粉末流耦合控制(能量密度300J/mm²);③ 闭环温控系统(波动±5℃)。中国徐工集团应用EHLA修复矿山机械轧辊,单件修复成本降低70%,但涂层结合强度(>450MPa)需通过HIP后处理保障,工艺链复杂度增加。广西钛合金粉末咨询