采访对象:马尔文仪器公司分析成像技术助理产品经理Cathryn Langley

在增材制造(以下简称AM)的发展初期,开发一个具备零件打印功能的设备是当时的首要任务,更多关注于硬件的商业运行。但是,增材制造的一线工作人员很快意识到硬件仅是其中的一个方面,粉末也同等重要。

随着知识库增大,现有的金属粉末供应无法得到满足AM市场需求已显而易见。当前,我们了解更多关于如何识别、优化、制造和循环使用AM用金属粉末的知识。事实上,这对于我们实现该技术潜能发挥有着至关重要的作用。

所以,为什么我们需要不同的AM粉末呢?

随着AM从设计和原型技术到制造工装夹具的 发展,在金属应用方面的案例越来越多。特别是,制造单件式复杂部件的能力(无传统设计约束)已得到了许多行业的青睐。

在航空和汽车领域,零件故障风险是每个制造厂商最为头疼的事情,交付满足强度一致性的金属部件可以说是一个真正的优势。例如采用AM为GE LEAP引擎制造的燃料喷嘴,与之前制造的零件相比,质量轻了25%而其耐用性却加强了5倍,这些对于目标客户极具吸引力。

但是在这些极具挑战性的应用中,粉末的选择、生产的流程和质量的控制也同等重要。为了制造不同的零件,我们所使用粉末的颗粒、应力和处理形式也不尽相同。所以确保原材料的稳定可用可以说是AM成功的基本条件。

您已经铺好了粉床,现在准备生产!

粉末床AM工艺包括在渐进式平台上进行零件制造及规定区域选择性熔融后,将粉末层平铺在整个粉末床上。用辊在粉末床上平铺一层薄且均匀裸露粉末层,深度约为20 – 50微米。重复数千次平铺-熔融-平台下沉这一循环过程,直至制成一个层层组装的成品部件。

粉末完善必不可少

任何形式的感应控制几乎不适用于当前的AM设备,也就是说输入材料性能的不一致将会直接造成成品组件性能的不一致。粉末质量降低可造成成品部件缺陷,包括气孔、裂纹、夹杂物、残余应力、表面光洁度不佳及生产能力下降。

除了化学特征,金属粉末的物理特征也决定了AM性能。这些特征包括粉末的综合特性和单个金属粒子的特性。综合特性主要包括堆积密度和流动性。堆积一致达到高密度的粉末可以生产出缺陷少且质量一致的零部件。均匀、平稳地平铺在整个粉末床的能力对于形成无气孔的均匀粉末层至关重要,即粉末的流动性。粉末颗粒本身的特性(当然还有其他因素)就会影响这些密度和流动特性。

金属粉末分析

当激光束穿过分散的粒子样本时,激光散射通过测量分散光强度的角度变化测量粒度分布。大颗粒散射光与激光束之间的夹角小,而小颗粒散射光正好相反。然后,根据米氏散射理论分析角度散射强度数据计算形成散射图样颗粒的粒度并以体积等效的球径记录粒度。

自动成像系统只需几分钟就可以捕捉成千上万的粒子图像,从这些图像中,统计生成有效的粒度和形态分布并采用比扫描电子显微镜检查法等更精确、更客观及更有效的方法表示粒子形态。

促进AM革命

AM零件的生产成本中,粉末成本占比超过1/3,企业的发展能力取决于建立一个稳定供应链和高效的粉末循环利用策略。对于AM金属粉末来说,制定规范可以说是一个真正的挑战,特别是在每天扩大其应用范围时。

许多有先见之明的企业也正在借助于配套的分析技术,如激光分散和先进的自动成像分析来识别及规定符合要求的粉末、优化AM工艺、检测一致性、有效的粉末循环利用,并实现一致的高质量部件。因此,我们相信一个跨行业的长期、稳定、商业化的金属AM供应链可能并不遥远。

消息来源:TCT中文版杂志季刊