最近，英國工程技術公司Renishaw和著名加拿大等離子粉體制造商Tekna達成合作，共同開發滿足激光粉末床熔融技術（LPBF）工藝的鈦合金粗粉。據說，這種經過優化后的粗粉能夠提高打印效率，同時還能降低材料處理風險和生產成本。這與粉體工業中通常對粉體超細化的追求剛好相反，具體是怎么回事呢？

鈦合金粉末流動性測試（Renishaw/Tekna）

首先科普激光粉末床熔融技術（LPBF），即常說的選擇性激光熔化（SLM），工藝過程是使用高能量激光束作為熱源，按照零件的三維數字切片模型，有選擇性地完全熔化鋪平的金屬粉末，熔池迅速冷卻凝固后與上一層或周圍材料形成牢固的冶金結合，如此逐層堆積，最終成型三維實體零件。其主要優勢在于，成型件的致密度和力學性能通常接近甚至超過傳統鍛件。在鈦合金應用領域，受限于材料成本高昂，基本只會用于醫療植入物，航空航天部件，高端汽車和賽車零件等少數高附加值領域。

Ti64即Ti-6Al-4V，是一種（α+β）雙相鈦合金，通過鋁（α相穩定元素）和釩（β相穩定元素）的搭配，獲得了優異的綜合性能，也因此成為應用最廣的鈦合金。其含有約6%的鋁（Al）和約4%的釩（V），其余約90%為鈦（Ti），這就是其牌號名稱來源。

過去，Tekna主要生產用于LPBF系統的細Ti64粉末（通常為15到45微米），除了前面提到的高成本問題，這種粉體的小顆粒尺寸也增加了易燃性和吸入風險，并且這種粉體也被歸類為危險品，公司必須投資于控制、通風和儲存基礎設施，這些都限制了3D打印Ti64材料的應用范圍。兩家公司本次合作研究較粗的鈦粉是否能在保持材料完整性的同時實現更快的打印，聯合從生產和應用端驗證可行性，其具體意義在于——較粗的粉末減少霧化和篩選成本，提高產量，并產生更少的廢物。由于它們不被歸類為危險材料，物流和存儲得到簡化，降低了合規性和運輸成本。減少的粉塵形成也減少了操作人員的健康風險，有助于創造更安全、更可持續的制造環境。根據Tekna的說法，這種粉末允許更厚的堆積層——約為90微米，而傳統的是30或60微米，從而在不犧牲零件強度或表面質量的情況下提高打印速度。

生產端，Tekna應用了其射頻（RF）感應等離子霧化工藝，其中鈦線被送入等離子炬中，熔化并轉化為冷卻成球形粉粒的滴狀。這個連續、無消耗的工藝最大限度地減少了污染，因為沒有電極或氣體噴嘴接觸熔融金屬。所得粉末具有高球形度、均勻化學成分和良好的流動性——這些特性對于可重復的增材制造生產至關重要。應用端，Renishaw通過激光參數優化、密度測量和流動測試對粉末進行了驗證，以確認其在商業LPBF系統上的性能。Renishaw的開放式架構AM系統使用戶能夠根據特定應用自定義層厚和曝光參數，其材料認證專業知識能確保在各種應用中的可靠性。

編譯整理 YUXI