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方法|技术前沿｜山阳特钢推进3D打印用金属粉末业务

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1 金属3D打印成型方法
图1是金属3D打印成型方法 ， 大致分为粉末床熔融法和定向能量沉积法 。 前者又分为直接增材法和间接增材法 。

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直接增材法是将金属粉末平铺满 ， 用热源激光或电子束仅使成型部位熔融、凝固的方法 。 这种直接成型法的开发 ， 获得了高密度成型件 ， 极大地扩大了金属3D打印市场 。
间接增材法也称为黏结剂喷射法 ， 将粉末材料和光敏树脂黏结剂喷射固化成型 ， 但该方法需要脱脂和烧结工序 ， 从这一点而言 ， 间接增材法可以说是与金属注射成型（MIM）接近的成型方法 。
粉末沉积法是一边从喷嘴喷射金属粉末 ， 一边用激光照射使金属熔融并沉积的方法 。 该方法也可以作为激光堆焊使用 ， 期待在模具和零部件的维修等领域获得应用 。
在粉末床法中 ， 特别是直接增材法和粉末沉积法 ， 对金属粉末要求有以下亮点基本特性要求 。
?使用的粉末粒径为数微米至150微米；
?需要金属粉末输送和铺设工序 ， 因此粉末必须是球状 。
气雾化法获得的粉末满足这些特性 ， 这也是山阳特钢将气雾化法作为粉末业务重点关注项目的原因 。
2 市场展望
图2是金属3D打印机销量的变化 ， 从2012年以后显著增加 ， 2018-2020年均保持在2100台以上 。

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根据NEDO（日本新能源产业技术综合开发机构）的预测 ， 2030年金属3D打印市场的规模将增长到约2兆日元 。 如果按行业分类 ， 除了目前金属3D打印已经实用化的医疗、航空航天和发电领域实现跨越式发展之外 ， 模具和工具领域成为日本国内重要的金属3D打印市场 。
3 推进金属3D打印业务发展举措
山阳特钢打造3D打印用金属粉末业务优势的措施有：1）包括成型方法的整体解决方案；2）参与国家项目；3）重点钢种选择和新开发品种 。
1）提出包括成型方法在内的整体解决方案
3D打印从原料粉末直接塑型 ， 可以省略铸造、机械加工、热处理等多道工序 。 在3D打印技术中 ， 简化了工序 。 因此 ， 成型用粉末的制造不仅需要掌握材料物理性质 ， 而且还要求在设计层面把握最终产品的功能 ， 也就是说 ， 3D打印的重点主要集中在材料粉末和成型技术两个方面 。 山阳特钢作为合金粉末制造商 ， 拥有材料开发和制造的优势 ， 并通过获得成型技术 ， 可以实现最终零部件的设计 ， 可以期待向用户提供整体解决方案 。 基于这些考虑 ， 该公司先于其他材料制造商 ， 制造了3D打印机 ， 同时 ， 为了对成型件进行无损检测 ， 引入了X射线CT扫描装置 ， 并以用户的产品性能为重点进行材料开发 。
2）参与国家项目
在3D打印市场 ， 欧美各国竞争激烈 ， 相对而言日本在设备及成型件的实用化方面落后于欧美 。 在这种情况下 ， 日本经济产业省于2014年成立了TRAFAM（日本未来增材技术研究协会） ， 其目标是：1）明确增材制造的机制；2）开发超越世界的高速、高精度增材制造装置；3）开发适合增材制造的材料（粉末） 。
【方法|技术前沿｜山阳特钢推进3D打印用金属粉末业务】山阳特钢参与了该项目 ， 致力于为批量生产提供工业制品用金属粉末的开发 。 具体来说 ， 就是确立一种优化的气雾化方法来制造粉末用于3D打印 。 在较大的气雾化粉末颗粒（约100微米）周围附着细小颗粒（数微米）的被称为“卫星”粉末 ， 这是阻碍粉末流动性的主要因素 。 对此 ， 山阳特钢采用空气流冲击、破碎的工序 ， 将破碎后的微粉末用离心力分离 ， 确立了用低成本制造具有良好流动性粉末的方法 ， 如图3所示 。

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3）重点钢种的选择和新开发品种
表3是用于3D打印的主要合金及其用途 。 在3D打印市场 ， 医疗、航空航天和发电领域已经实现了量产化 ， 这也是山阳特钢最早涉足的项目 。 其中 ， 钛合金类的活性金属 ， 也有采用不接触坩埚雾化的事例 ， 但该公司使用通用耐火材料进行气雾化 ， 其优势在于 ， 将Fe、Ni、Co、Cu基作为标准组成系列化 ， 进行适合成型的组成改良和粉末形状改善 。

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此外 ， 山阳特钢在提出适合3D打印的新合金时 ， 根据各行业用户的需求 ， 针对材料量产化存在的问题 ， 将以下项目作为重点进行研究 。
? 特定成型件用无Co马氏体时效钢；
? 高密度、高导热性的优质Cu合金 。
本文为部分内容 ， 全文请参阅《世界金属导报》31期B06 。
本文摘选自本报2021年第31期B06部分内容 ， 若要详细了解更多相关行业和技术信息 ， 请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容 ， 或者登陆本报手机APP客户端 ， 或者本报网站新址：http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文 。 转载请注明出处 。
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