华盛顿大学:钛粉可在末床电子束熔融3D打印中重复使用30次

国际金属加工网 2021年01月08日

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2021年1月8日,南极熊获悉,在华盛顿大学的一个研究小组最近发表的一项研究中,利用X射线微型计算机断层扫描(CT),对Ti6Al4V的粉末床熔融-电子束熔化(PBF-EB)增材制造产生的孔隙率进行了一系列30次构建周期(包括约480小时的累积构建时间)的表征。研究表明,增材制造粉末可以重复使用多达30次,而孔隙率没有显著增加。

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在追求金属增材制造(AM)工业化的过程中,粉末重复使用已经成为一个核心问题。此外,孔隙率对金属部可靠性和金属的损伤容忍度是一个关键问题。 然而,粉末重复使用对金属孔隙率的贡献受到了非常有限的关注。

孔隙来源于气体雾化粉末的孔隙,以及由熔池不完全融合引起的孔隙。虽然随着粉末的重复使用,孔隙大小分布略有减少,但总体平均体积孔隙率为0.10±0.02%,且随着重复使用的增加,孔隙率没有明显变化。

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△分别为(a)b1、(b)b10、(c)b20和(d)b30的金属圆柱体试样内的孔隙密度图

此外,研究还发现孔径与球形度之间存在反比关系,大孔径构成更大的有效应力集中。而最大的孔隙密度位于等高线与熔体梁之间的过渡处,约0.5-1.0mm的表面附近的零件,最大的孔隙位于内部孵化区域。

因此,尽管颗粒逐渐变形,氧化程度增加,但在Ti6Al4V的PBF-EB 增材制造中,随着粉末的重复使用,金属孔隙率没有明显的变化。虽然根据具体的应用,对粉末质量和孔隙率的具体要求有很大的不同,医疗航空航天应用往往执行非常严格的规定,但事实上,关于粉末重复使用后的质量的文献仍然不是那么多,而且总体上认为不能重熔和重复使用多次,有时显得很教条,而不是基于已证实的事实。

随着增材制造行业向规模化生产过渡,重复使用增材制造粉末,特别是PBF工艺所需的高球形粉末,将是降低整体零件成本的关键因素。

论文: Powder reuse and its contribution to porosity in additive manufacturing of Ti6Al4V


(南极熊3D打印)

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