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最新气体雾化方法生产金属3D打印粉末材料

设在爱荷华州立大学的Ames实验室是由美国能源部管理,该实验室制造出了完美的金属粉末材料。虽然金属粉末的创新可能看起来很小,但它对3D打印行业的影响是巨大的。对于那些没有意识到的人来说,金属3D打印是当今增材制造中增长最快的趋势之一。直到最近,金属3D打印材料已经降级到工业和非常昂贵的打印机领域。但是,在过去几年中,3D打印金属的可能性在低价上出现了飞跃。

最新气体雾化方法生产金属3D打印粉末材料

早在2015年,一家位于威斯康星州的创业公司VirtualFoundry就推出了一项名为Filamet的金属3D打印材料的Kickstarter活动。在活动成功后,VirtualFoundry的Filamet公开上市,使任何人都能使用桌面3D打印机打印金属,并为金属3D打印行业的许多竞争对手敞开了大门。从那时起,创新不断涌现,就在上周的CES展上,总部位于马萨诸塞州的Markforged公司在金属竞赛中脱颖而出,推出了一种新的、相对便宜的金属3D打印技术,也被称为原子扩散添加剂制造(ADAM)方法,以及他们令人印象深刻的新型打印机:MetalX.

现在,着名的Ames实验室正在寻找给金属3D打印的另一个重大提振,由他们最先进的气体雾化方法生产的金属粉末材料,Ames实验室的金属粉末由完美光滑的球形颗粒组成,是金属3D打印的理想材料选择。

一个简单的沙漏测试揭示了该材料的好处,AmesLab的冶金学家IverAnderson和EmmaWhite喜欢向访客展示定制沙漏中的金属粉末样品。当沙漏翻转时,客人可以看到Ames的金属粉末和传统制造的金属粉末之间的区别。传统制造的粉末不是很流畅地通过沙漏的颈部,而且当停止和启动,需要被摇晃一下;另一方面,气体雾化的Ames粉末顺利且快速地通过沙漏。

“你可以看到他们是大块、随机尺寸、粗糙的边缘。他们不会相互流过,在制造过程中需要一个脉冲机制或一个搅拌器,这将使制造商在生产线上耗费更多的精力。”Anderson说道。Ames粉末已被证明是一个有效的替代品,在过去二十年中获得了超过16项专利的实验室,甚至促使一家分公司IPAT的产品加速上市。

在细节方面,气体雾化是依靠高压气流将金属分解成微小颗粒的粉末,金属在实验室通过感应炉熔化,然后进入雾化喷嘴。从氩气到氦气的几种气体射流以紧密图案聚焦在熔融金属上,迫使液化金属直接与气流的强大动能耦合,该过程产生受控液滴喷雾,然后随着液滴冷却而快速固化。其结果是一致的尺寸且光滑的球形粉末颗粒,该粉末甚至可以根据不同行业和研究的需要进行定制。

金属3D打印粉末

使用气体雾化法,Ames实验室已经生产粉末状的铁、铝、镍、铜、锡、镁等。钛仍然是其主要成就之一,同时,该材料也是3D打印中最抢手的金属之一。“钛工业对粉末冶金和最终形状固结方法非常感兴趣,”White说。“他们认为粉末冶金的进步是一种有效的成本控制策略,通过使零件形成接近最终的形状,并尽量减少废钛。

展望未来,Ames实验室希望进一步扩大其粉末生产能力,最终目标是在一个生产运行中产生高达200磅的粉末。战略举措将使规模足够大,而且可以为研究和行业合作伙伴使用提供适当的样本规模。

3D打印行业将从这一扩张中受益匪浅,因为Ames实验室已经在寻求将自己定位为定制金属粉末的供应商。同时,实验室继续微调气体雾化过程。


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