微层流雾化(Micro-Laminar Atomization, MLA)是新一代金属粉末制备技术,通过超音速气体(速度达Mach 2)在层流状态下破碎金属熔体,形成粒径分布极窄(±3μm)的球形粉末。例如,MLA制备的Ti-6Al-4V粉末中位粒径(D50)为28μm,卫星粉含量<0.1%,氧含量低至800ppm,明显优于传统气雾化工艺。美国6K公司开发的UniMelt®系统采用微波等离子体加热,结合MLA技术,每小时可生产200kg高纯度镍基合金粉,能耗降低50%。该技术尤其适合高活性金属(如锆、铌),避免了氧化夹杂,为核能和航天领域提供关键材料。但设备投资高达2000万美元,目前限头部企业应用。
液态金属(镓铟锡合金)3D打印技术通过微注射成型制造可拉伸电路,导电率3×10? S/m,拉伸率超200%。美国卡内基梅隆大学开发的直写式打印系统,可在弹性体基底上直接沉积液态金属导线(线宽50μm),用于柔性传感器阵列。另一突破是纳米银浆打印:烧结温度从300℃降至150℃,兼容PET基板,电阻率2.5μΩ·cm。挑战包括:① 液态金属的高表面张力需低粘度改性剂(如盐酸处理);② 纳米银的氧化问题需惰性气体封装。韩国三星已实现5G天线金属网格的3D打印量产,成本降低40%。
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。
金属粉末回收是3D打印降低成本的关键。磁选法可分离铁基合金粉末中的杂质,回收率达90%以上;气流分级技术则通过离心场实现粒径精细分离,将粉末D50控制在±2μm以内。例如,某企业通过氢化脱氢工艺回收钛合金粉末,将氧含量从0.03%降至0.015%,性能接近原生粉末,回收成本降低60%。在模具制造领域,某企业采用“新粉+回收粉”混合策略(新粉占比70%),在保证打印质量的前提下,材料成本降低40%。但回收粉末的流动性可能下降,需通过粒径级配优化铺粉均匀性。粉末冶金技术中的等静压成型工艺可制备具有各向同性特征的金属预成型坯。
镍基合金粉末在燃气轮机叶片制造中具有不可替代性。其3D打印需克服高残余应力(>800MPa)和开裂倾向,目前采用预热基板(400-600℃)和层间缓冷技术可有效控制缺陷。粉末化学需严格匹配ASTM F3056标准,其中Nb含量(5.0%-5.5%)直接影响γ"强化相析出。德国某研究所通过双峰粒径分布(10-30μm与50-80μm混合)提升堆积密度至65%,使零件在1000℃下的蠕变寿命延长3倍。该材料单公斤成本超过$500,主要受制于真空感应熔炼气雾化(VIGA)的高能耗工艺。
金属注射成型(MIM)结合粉末冶金与注塑工艺,可大批量生产小型精密金属件。浙江高温合金粉末品牌
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。浙江高温合金粉末品牌