气雾化法制备3D打印金属粉末的工艺研究进展

气雾化法制备的金属粉末粒径小,成分均匀,球形度高,流动性好,该方法已成为3D打印球形金属粉末的主要制备方法。然而,气雾化是一个多相流相互耦合作用的复杂过程,细微因素的改变可能导致粉末特性的改变,而粉末特性对3D打印件性能具有决定性的影响。综述了气雾化过程中金属液过热度、气液流量、雾化介质种类、雾化气体压力和温度、雾化器喷嘴构型和导液管几何结构等对粉末特性的影响规律,并对3D打印金属粉末材料及制备技术的发展方向进行了展望。     

压力和功率对EIGA制备TA15粉末的影响

气雾化是制备增材制造原材料金属粉末的主要方法。该文针对钛合金得粉率低和球形度差问题,采用电极感应熔炼气雾化（EIGA）技术制备TA15钛合金3D打印专用粉末,通过扫描电子显微镜（SEM）和激光粒度仪测试分析手段,研究制粉工艺参数气雾化压力和熔炼功率对粉末粒径分布及形貌的影响规律。研究结果表明,随着雾化气体压力的增大,TA15粉末粒径减小,细粉收得率显著提高,但当雾化压力增加到5 MPa时形成大量卫星粉导致粉末收得率降低至38%;雾化压力的增大会导致气体速度提高,增加气体和金属液的相对速度与动能,使金属液滴的一次破碎和二次破碎更加充分,导致金属粉末粒径减小,但雾化压力增加到一定程度,会使导流管下方回流区面积增加影响粉末形貌。此外,随着熔炼功率的增加TA15钛合金溶液过热度增加,改善其黏度逐渐提高了粉末收得率,由25 k W时的26%增加为40 k W的42%。从粉末收得率、粒度和形貌等因素综合考虑,适合TA15钛合金粉末的最佳制备工艺参数为：熔炼功率40 k W,气雾化压力4.4 MPa,此时细粉收得率为42%,粉末球形度高。     

激光选区熔化成形AlSi10Mg铝合金粉末特性研究

增材制造技术是一种新型的成形技术,其优点在于无需机械加工或任何模具就可快速地将零件从数字模型制造成实体零件,从而缩短产品的研制周期,提高生产效率。激光选区熔化成形专用金属粉末作为增材制造技术最重要的原材料,有着自身独特的规律,粉末特性影响SLM工艺参数的制定。对SLM专用AlSi10Mg粉末特性进行研究(包括粉末化学成分、比表面积和粉末粒度分布等)的结果表明,SLM使用的金属粉末要求粒度小、粒度分布窄、球形度高、氧含量低和流动性好等。     

基于PREP设备粉末粒径细化的研究

等离子旋转电极雾化制粉设备(简称PREP设备)主要用于制备高品质球形金属粉末。基于国防军工及航空航天等领域对于细粒径、高品质球形金属粉末的迫切需求,以TC4电极棒料为例,探索了Φ60 mm和Φ75 mm两种不同直径电极棒料在不同转速试验条件下的粉末粒径值。结果证明粉末粒径的理论计算结果与试验结果相互吻合。最后提出了细化等离子旋转电极雾化制粉设备粉末粒径的三条途径。     

等离子熔积成形与铣削光整复合直接制造金属零件技术

针对国内外现有的金属直接快速制造技术中存在的制件表面质量不高的瓶颈问题,开发了在制造过程中将等离子熔积增材成形与铣削光整减材复合的金属零件直接快速制造方法。研究该复合制造工艺参数对熔积成形性和形状特性以及热态干铣削刀具和工艺的影响规律,找到合理的工艺条件并用其试制出金属零件原型,为改善快速原型表面质量提供了有效的途径。     

双液超声雾化反应制备纳米CeO_2粉体

以硝酸铈和碳酸氢铵为原料,用双液超声雾化反应法制备了纳米CeO2粉体;用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了雾化温度、焙烧温度、雾化液浓度、表面活性剂等因素对粉体颗粒尺寸和形貌的影响.结果表明:前驱体的物相组成与雾化温度有关,雾化温度60℃时制备的纳米CeO2颗粒团聚现象较轻、均匀性好;培烧温度的提高会使纳米CeO2颗粒迅速长大,比表面积大大减小,200℃焙烧较好;雾化液浓度的减小对颗粒尺寸影响不大,但会使其团聚状况有明显减轻,优化的浓度为0.2 mol·L-1;表面活性剂的加入有利于降低雾化液的表面张力,加入体积分数10%乙醇+0.5%聚乙二醇后,有利于生成更细小、粒径更加均匀的球形颗粒;在以上最佳工艺条件下制备的CeO2颗粒尺寸为3 Nm.     

配备下限流导液管的环缝喷嘴雾化能力研究

高品质金属粉末是众多制造领域中的基础材料,微细粉末成型的关键技术在于气雾化制备阶段,而喷嘴及导液管结构和雾化工艺参数对气雾化粉末的质量有重要影响。基于高速射流流体动力学的数值模拟方法研究了雾化压力、雾化气体温度、导液管下口直径与伸出长度对配备下限流导液管环缝喷嘴雾化能力的影响,通过喷盘流场检测验证模型的可靠性。结果表明：环缝喷嘴装配下限流导液管临界入口压力为128.1 kPa,雾化压力2.0 MPa时既能有效增大雾化腔内的气体最大速度和降低最低温度,又能防止过高压力造成返喷而影响气雾化顺行。此外,在极限雾化压力2.0 MPa下,通过增大雾化气体温度、下限流导液管下口直径由5 mm降低至1 mm以及伸出长度由0 mm增大至2 mm均能继续提升气液质量流速比而提升其雾化能力。生产实践也证实了模型的预瞻性,在此优化工艺下生产顺行且粉末粒度D50仅为23.84μm。     

美国国防部发布首个增材制造战略值得关注

增材制造具有低成本、短周期、数字化、智能化等优势,已成为全球制造业发展的共识.美国以国防需求为牵引,推动增材制造技术迅猛发展,引领全球发展方向.2021年1月,美国国防部发布首个综合性《增材制造战略》报告,将增材制造视为实现国防系统创新和现代化、支撑战备保障的强有力工具,致力于使增材制造成为广泛应用的主流制造技术.此战...     

基于增材制造的设计理论和方法研究现状

介绍了增材制造(3D打印)的概念和特点,并结合该技术的发展背景,从增材制造设计理念的形成、增材制造设计的基础晶胞单元结构研究和增材制造拓扑优化设计分析软件及应用等3个主要研究领域,详细介绍了基于增材制造的设计技术在国内外的发展现状及趋势,并结合我国航空航天产品的结构特点和发展趋势,对基于增材制造设计的研究方向提出了几点建议。     

面向增材制造的拓扑优化设计模块分析

拓扑优化是设计高性能、轻量化创新性结构的重要方法,增材制造技术采用逐层累加方式制备零件,使复杂拓扑结构的制造成为可能,二者结合具有天然的优势。为进一步深化拓扑优化在工程领域的应用,开发面向增材制造的拓扑优化设计模块势在必行。对Autodesk Netfabb、Altair Inspire、Siemens NX和PTC Creo四款主流软件的拓扑优化功能进行了对比分析,在此基础上提出了面向增材制造的拓扑优化设计的发展方向,以期为开发国产化工业软件提供参考。