微波燒結(jié)技術(shù)利用2.45GHz微波直接加熱金屬粉末,升溫速率達(dá)500℃/min,能耗為傳統(tǒng)燒結(jié)的30%。英國伯明翰大學(xué)采用微波燒結(jié)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(xì)化至2μm,屈服強(qiáng)度達(dá)600MPa。該技術(shù)尤其適合難熔金屬:鎢粉經(jīng)微波燒結(jié)后抗拉強(qiáng)度1200MPa,較常規(guī)工藝提升50%。但微波場分布不均易導(dǎo)致局部過熱,需通過多模腔體設(shè)計(jì)和AI溫場調(diào)控算法(精度±5℃)優(yōu)化。德國FCT Systems公司推出的商用微波燒結(jié)爐,支持比較大尺寸500mm零件,已用于衛(wèi)星推進(jìn)器噴嘴批量生產(chǎn)。鎢銅復(fù)合粉末通過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。舟山高溫合金粉末
電子束熔化(EBM)在真空環(huán)境中利用高能電子束逐層熔化金屬粉末,其能量密度可達(dá)激光的10倍以上,特別適合加工高熔點(diǎn)材料(如鈦合金、鉭和鎳基高溫合金)。EBM的預(yù)熱溫度通常為700-1000℃,可明顯降低殘余應(yīng)力,避免零件開裂。例如,GE航空采用EBM制造LEAP發(fā)動機(jī)的燃油噴嘴,將傳統(tǒng)20個零件集成為單件,減重25%,耐溫性能提升至1200℃。但EBM的打印精度(約100μm)低于SLM,表面需后續(xù)機(jī)加工。此外,真空環(huán)境可防止金屬氧化,但設(shè)備成本和維護(hù)復(fù)雜度較高,限制了其在中小企業(yè)的普及。溫州因瓦合金粉末品牌粉末床熔融(PBF)技術(shù)通過精確控制激光參數(shù),可實(shí)現(xiàn)99.5%以上的材料致密度。
粘結(jié)劑噴射(Binder Jetting)通過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%,需通過數(shù)字補(bǔ)償算法預(yù)先調(diào)整模型尺寸?;萜眨℉P)推出的Metal Jet系統(tǒng)已用于生產(chǎn)數(shù)百萬個不銹鋼剃須刀片,良品率超99%。
通過雙送粉系統(tǒng)或?qū)娱g材料切換,3D打印可實(shí)現(xiàn)多金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如,銅-不銹鋼梯度材料用于火箭發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)壁,銅的高導(dǎo)熱性可快速散熱,不銹鋼則提供高溫強(qiáng)度。NASA開發(fā)的GRCop-42(銅鉻鈮合金)與Inconel 718的混合打印部件,成功通過超高溫點(diǎn)火測試。挑戰(zhàn)在于界面結(jié)合強(qiáng)度控制:不同金屬的熱膨脹系數(shù)差異可能導(dǎo)致分層,需通過過渡層設(shè)計(jì)(如添加釩或鈮作為中間層)優(yōu)化冶金結(jié)合。未來,AI驅(qū)動的材料組合預(yù)測將加速FGM的工程化應(yīng)用。金屬粉末的氧含量控制是保證3D打印過程穩(wěn)定性和成品耐腐蝕性的關(guān)鍵因素。
目前金屬3D打印粉末缺乏全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),ASTM和ISO發(fā)布部分指南(如ASTM F3049-14針對鈦粉)。不同廠商的粉末氧含量(鈦粉要求<0.15%)、霍爾流速(不銹鋼粉<25s/50g)等指標(biāo)差異明顯,導(dǎo)致跨平臺兼容性問題。歐洲“AM Power”組織正推動粉末批次認(rèn)證體系,要求供應(yīng)商提供完整的生命周期數(shù)據(jù)(包括回收次數(shù)和熱處理歷史)。波音與GKN Aerospace聯(lián)合制定的“BPS 7018”標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范了鎳基合金粉的衛(wèi)星粉含量(<0.3%),成為航空供應(yīng)鏈的參考基準(zhǔn)。
金屬注射成型(MIM)結(jié)合粉末冶金與注塑工藝,可大批量生產(chǎn)小型精密金屬件。舟山高溫合金粉末
3D打印鈦合金(如Ti-6Al-4V ELI)在醫(yī)療領(lǐng)域顛覆了傳統(tǒng)植入體制造。通過CT掃描患者骨骼數(shù)據(jù),可設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)(孔徑300-800μm),促進(jìn)骨細(xì)胞長入,避免應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。例如,顱骨修復(fù)板可精細(xì)匹配患者骨缺損形狀,手術(shù)時間縮短40%。電子束熔化(EBM)技術(shù)制造的髖關(guān)節(jié)臼杯,表面粗糙度Ra<30μm,生物固定效果優(yōu)于機(jī)加工產(chǎn)品。此外,鉭金屬粉末因較好的生物相容性,被用于打印脊柱融合器,其彈性模量接近人骨,降低術(shù)后并發(fā)癥風(fēng)險。但金屬離子釋放問題仍需長期臨床驗(yàn)證。舟山高溫合金粉末