中國粉體網(wǎng)訊 增材制造（3D打�。┦俏覈圃鞓I(yè)強國戰(zhàn)略中重點研究和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，目前3D打印裝備已不再是制約我國增材制造技術(shù)的核心，但其使用的高質(zhì)量球形技術(shù)粉末仍嚴(yán)重依賴進口，部分先進制備技術(shù)被國外壟斷，已成為制約我國增材制造技術(shù)普及應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸問題。
圖片來源：東睦新材料
1 3D打印用金屬粉末要求
在“2013年世界粉末冶金大會”上，定義3D打印金屬粉末為尺寸小于1mm的金屬顆粒群。3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑性外，還必須滿足粉末純凈度高、氧含量低、粒徑細(xì)小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求。
近年來，國內(nèi)外在等離子束快速成形技術(shù)方面的研究越來越多，在金屬零件3Ｄ打印研究方面，等離子束在普通鋼鐵材料的直接成形方面具有更高的性價比，更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
2 高能等離子束粉體制備技術(shù)
2.1絲材等離子霧化技術(shù)
絲材等離子霧化（PA）技術(shù)采用等離子射流加熱熔化絲材，并同步實現(xiàn)液滴的霧化破碎，得到的金屬粉末形貌為球形，具有優(yōu)異的流動性、幾乎無空心粉和衛(wèi)星球缺陷，是3D打印增材制造、金屬注射成形和噴涂的理想粉體材料。
到目前為止，盡管國內(nèi)有專利布局絲材等離子霧化技術(shù)，但均未涉及PA技術(shù)關(guān)鍵核心部件等離子炬的研制，也未見到可商業(yè)化量產(chǎn)金屬粉末的PA裝備。
2.2等離子旋轉(zhuǎn)霧化法（PREP法）
PREP法是將金屬或合金制成自耗電極，自耗電極端部在同軸等離子體電弧加熱源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴與霧化室內(nèi)氬（Ar）氣摩擦，在切應(yīng)力作用下進一步破碎，隨后熔滴在表面張力的作用下快速冷卻凝固成球形粉末。其原理圖如下圖。
PREP霧化制粉原理圖
PREP法制備的粉末具有表面清潔、球形度高、伴生顆粒少、無空心/衛(wèi)星粉、流動性好、高純度、低氧含量、粒度分布窄等優(yōu)勢，適合金屬3D打印。但是，PREP工藝受限于電極棒大幅提速后導(dǎo)致的密封、振動等相關(guān)技術(shù)瓶頸，采用該法仍難以低成本制備符合3D打印技術(shù)要求的細(xì)粒徑粉體（45μm以下）。
2.3等離子體球化技術(shù)
等離子體球化技術(shù)是在高溫等離子體中載入粉末，高溫環(huán)境促使粉末顆粒吸熱熔融，粉末在表面張力的作用下縮聚為球形液滴，而后在冷卻室中快速冷凝為球形粉末。
等離子球化技術(shù)示意圖
等離子體球化技術(shù)具有溫度高、熱焓高并且氣氛可控等特點，其制備所得的球形粉末球形度高、雜質(zhì)含量低且粒度分布窄，尤其適用于高熔點金屬球形粉體的制備，是目前最具潛力實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)高性能球形金屬粉體材料的制備技術(shù)，被認(rèn)為是獲得致密、規(guī)則球形顆粒的最有效手段。
3 網(wǎng)絡(luò)直播預(yù)告
2022年3月22日，中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將舉辦“第二屆3D打印粉體材料制備及檢測技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會”。屆時將邀請四川大學(xué)的余德平教授作《基于高能等離子體束的3D打印粉體材料制備技術(shù)》的報告。報告會對主流3D打印霧化制備技術(shù)進行分析，重點介紹基于高能等離子體束的3D打印粉體制備技術(shù)及顯著優(yōu)勢，包括絲材等離子體霧化、旋轉(zhuǎn)電極等離子體霧化、等離子體球化等，分享在絲材等離子體霧化和等離子體球化的技術(shù)和裝備開發(fā)經(jīng)歷，與材料領(lǐng)域同仁共同推進高能等離子體束在高性能粉體材料制備領(lǐng)域的應(yīng)用。
4 專家介紹
余德平，四川大學(xué)機械工程學(xué)院副院長、教授、博士生導(dǎo)師，先后入選四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選、四川大學(xué)“雙百B”人才計劃，主要從事先進制造技術(shù)及智能裝備，包括等離子體制造技術(shù)、精密及超精密加工技術(shù)、制造過程智能診斷與預(yù)測等方面的研究，在國內(nèi)外有影響力的期刊和會議論文中發(fā)表論文70余篇（SCI檢索43篇、EI檢索50篇）。獲授權(quán)中國發(fā)明專利9項、實用新型專利10余項。
參考來源：
【1】陳瑩瑩，等.3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)及其研究進展.粉末冶金工業(yè).2018.
【2】戴煜，等.等離子旋轉(zhuǎn)霧化制備航空用3D打印金屬粉體材料研究.新材料產(chǎn)業(yè).2016.
【3】張慶磊，等.感應(yīng)等離子體球化法制備球形金屬粉體的研究進展.稀有金屬材料與工程.2020.
【4】曾克里，等.絲材等離子霧化鈦合金粉末研究進展.粉末冶金工業(yè).2021.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請告知刪除！
