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粉末如何适应设备大尺寸批量化的发展趋势？

新物联号：霍尔榜发布时间：2022/5/28 16:27:05 共计：1059 浏览

相较于传统的等材.减材制造技术，增材制造3D打印技术近年来崛起得非常快，而且有很多的分类技术方法，越来越多的方法和技术被大家所认可。分类技术方法有很多，譬如最常见的大家所能知道的SLM选区熔化，EBM电子束,DED直接送粉, Binder Jetting粘接喷射。目前来看SLM技术还是被大家最认可也是应用面、普及面最广的一个技术，那么SLM打印技术这几年有了哪些发展趋势呢？

5月26日下午2点半，负责定制化技术及Digital Metal粘接喷射打印机中国业务拓展赵小根坐客霍尔榜直播间，来和大家探讨增材制造相关的一些话题。Hoganas是一家超过200多年历史专业做金属粉末的公司，是金属粉末行业的先驱和领导者。Hoganas目前主要涉足汽车制造，电机，表面喷涂及增材制造，增材制造主要是粘接喷射打印机和打印用的金属粉末两大板块。粉末主要是铁基，镍基，钴基等。本期霍尔榜直播主题是Hoganas赵小根带来的“粉末如何适应设备大尺寸批量化的发展趋势“。

近些年大家去行业展走一圈基本上会发现多激光，大尺寸，批量化是一个明显的趋势，之前我们知道SLM Solutions发布了十二激光打印机，铂力特刚刚也发布了十二激光打印机。现在市场上像双激光、四激光都是比较常见了。另一个大尺寸以前常见的像250、300，现在基本上都已经500、600、1000以上。大尺寸和高效率一直以来都是金属增材制造重要的一个发展方向，更大的成型尺寸可以打印大结构的复杂构件，尤其是航空航天领域。它可以打大的构件，对于小的构件也可以实现批量化的生产。3D打印的市场需求量一直在增加，且需求量较大。很多的服务商像铂力特、飞而康等都在增加他们的设备，50台、100台，200台那个厂房也是非常的壮观。大尺寸高效率的打印设备对于金属粉末又提出一个什么样的现实要求？粉末供应商怎样来匹配大尺寸高效率发展趋势以及他们的要求？其实是需要大家去关注和探讨的一个问题。

要回答这个问题，我们要先解答两个问题。第一，大尺寸高效率的设备相较于以前发生了哪些变化？金属粉末我们其实是如何去选择的？又是如何生产出来的？工程师在选择材料的时候，肯定是根据应用环境的要求来选择，比如说我们要不要耐腐蚀？要不要很高的强度？是不是在高温环境下使用等，那么它其实主要来自于三个方面：一个是机械性能，一个是物理性能，一个是化学性能。譬如机械性能里面抗拉强度，屈服强度、延伸率，硬度等。硬度其实大家都知道，在模具打印过程中，硬度是一个很重要的参数。

当设计师选择好了材料，我们需要讨论怎么把材料给做出来。目前市场最常用的生产制造技术大家都比较熟悉，像雾化像VIGA,EIGA,PREP,PA这些工艺比较多，每种工艺都有它的优劣点。VIGA真空雾化工艺是目前应用最多的一个生产工艺，它的细粉收得率比较高，对于原材料的形状几乎没有要求，因为这个设备的上方是一个坩埚来冶炼和熔化我们的合金，工艺稳定，投入产出比也很高，现在真空雾化设备也比较便宜，这种工艺生产出来的粉种类最多，涵盖了镍基，铁基，钴基，铜基，铝基等，还有像EIGA, PREP,PA其它的工艺。

设计师选择材料性能的时候其实是有一个问题的。比如说工程师在按照材料的性能，也就是我们所理解的致密件、锻件性能来选择。实际上我们使用的材料是粉末材料，它是雾化出来的，也就是雾化出来的粉末经过打印经过热处理之后需要达到工程师需要的材料性能，这里面存在一个行业的难点。性能差异暂且不说，市场上的大多数材料都不是为3D打印专门设计的，即使为3D打印专门去设计，那么材料端，工艺端，设备端对打印性能其实都是有影响的。那么就带来一个问题，假如我们打印出来的零件不合格，那是材料的问题？还是工艺的问题？还是设备的问题？这个就很难来回答。

我们现在设备尺寸大高效率，设备做得越来越大，激光器越来越多，打印尺寸越来越大，那么我们单次的加粉量越来越大，有的大的设备可能一次就要加500公斤一吨以上，以往我们像EOS、 M290之类的设备可能一年才用500公斤，这就是巨大的差异。你一次用这么多粉，粉末是不是需要多个批次？一个批次能不能生产得出来？批次和批次之间粉末的稳定性怎么样？我们怎么来保证打印质量的一致性？其实这都是一个问号。

另外，现在的包装都是5公斤一桶，这么大的粉末用量是不是意味着一次开瓶就要很多？100瓶或100瓶以上？那对于操作人员就是一个很大的工作量，而且用完的瓶子也是一种白色污染，对于绿色可持续发展其实都是不利的。还有一个就是，你现在用这么多的粉末，你的储存、运输其实也是一个很大的问题。分析这么多归根结底我们都是希望在发展趋势下来找到一些它的困难点，我们来加以分析和解决。那么归根结底其实就是两个方面，一个是粉末的入场检测，粉末合格与否要尽量留在打印工序之前，打印之前就要判定出粉末它合格还是不合格。另外一个就是我们打印件粉末使用的便捷性，粉末使用起来是不是很方便，大家在使用的时候是不是非常的顺畅便捷。

回到粉末合格与否，我们都知道很多的厂家每个批次必检。如果我们要入场检测粉末，我们怎么来检测，我们怎么知道这个粉末是合格的还是不合格的来为我们打印工序做好把关。目前判定粉末性能合格与否主要是这几个方面：一个是元素成分，一个是流动性，一个是密度还有颗粒分布。元素成分这块肯定是很重要的，因为我们打印后的性能本身就是建立在元素成分的基础上的，所以核心就要控制住杂质的含量，要避免它的污染，合金元素相对的稳定一些，它的波动小一些，我们来测定这些元素，然后来判定这个粉末它的元素是不是合格的，这是一个方面。另外一个方面就是说粒度分布，粒度分布也是很重要，目前大家常用的粒度分布像15~45，15~53，粒度控制相对比较容易应该说大家都能够控制得住。所以我们可以根据要求来设定粒度的范围，需要提醒的一点，我们在检测粒度的时候我们有这样的一个经验和发现，通常粗粉我们尽量用筛分的方法来测，细粉用激光的方法都是没有问题的，因为我们发现用激光粒度仪测粗粉它的数值可能容易偏大。

另外一个性能我们需要去关注松装密度和流动性，流动性会直接影响打印过程中铺粉的均匀性，还有送粉过程中的稳定性，像颗粒的形貌，粒度的分布，松装密度都会影响流动性。粉末的颗粒越大，颗粒形状越规则，极细的粉末占比越小，那么流动性就越好。松装密度也一样，它也会关系到铺粉后的密度和紧实度，所以我们在粉末质检过程中也需要去检测松装密度。另外一个是球形度和空心粉，这几个性能相互都是有关联的有影响的，比如球形度会关联到粉末的流动性，会影响到松装密度，关系到铺粉之后堆积的性能，会影响打印的质量。空心粉大家也是不希望有的，因为空心粉会导致零件中残存气孔，对零件的力学性能，尤其是疲劳性能都是有影响的。所以需要针对我们刚刚分析的这些性能，在粉末入场之前就要初步判定这个粉末是合格还是不合格的，我们需要把粉末的稳定性，批次间的稳定性要控制到最佳的状态，在打印工序之前把粉末的性能合格与否要判定出来。

目前，VIGA我们还是认为是市场上最成熟的工艺，它生产的粉末类别是最多的。Honanas为了应对大尺寸批量化的趋势，我们在2020年投产了全新的STIGA产线来改进粉末的性能，我们从生产端起为了客户的需要来改进我们的粉末性能提升批次间的稳定性，不同批次和批次之间的稳定性做得相对来说比较好。那么单批次的产量我们也变大了，我们一个批次可以做八吨，稳定性也更好，我们精确控制元素成分，尤其是显著降低了O,N,H含量，比传统的VIGA基本上能降低O,50-60%↓ N50-60%↓。我们设备集成了防卫星粉的一些设施，所以卫星粉很少，球形度高流动性就好。我们通过这样一些措施在粉末使用之前需要把这些性能达到大尺寸大批量化趋势的一个要求。

分析完粉末入场检验这块，另外一块我们刚刚有说，我们要使粉末的装载能够更加的便捷，怎么样才能便捷？我们在粉末生产包装完了之后，我们要给到配套一个全自动的运输方案，我们要保证粉末储存运输，粉末使用添加过程全部是要密封的，我们要避免环境对我们粉末使用过程的影响，归根结底是要保证打印的质量，我们要减少操作人员操作的困难，要使他们的工作简单易操作而且还绿色环保。在这个过程中我们涉及两个方面，一个方面是包装，现在用的是5公斤一桶塑料的包装，我们希望把包装进行一些更改，我们使用的是Flexbags包装，这个包装是由Hoganas吨袋改进而来，我们为吨袋改进了一下设计，给到匹配的一些QR码，VMl系统。我们现在直接扫描QR码粉末信息就跃然纸上，它的追溯性比较强也便于数据的收集，我们第一批的Flexbags包装已经在来中国的路上。我们把从包装上，设备上，运输上都来进行一个结合，我们就不再用以前5公斤一桶的塑料包装了，我们用更绿色更环保。所有的系统化集成化都做得要比以前好来匹配大尺寸批量化的需要。

粉末使用需要注意哪些事项呢？第一个是偏析，打印仓里面不同位置的粉末如果偏析严重的话打印性能肯定不一样，你没办法保证性能是均一和稳定的。大家知道偏析是时刻存在的是一定存在的。比如粉末我们装料斗的时候、我们粉末转移的时候、我们粉末填充的时候它都会发生。尤其是小瓶装，因为每倒一次就发生一次偏析，这个时候怎么办呢？我们的Flexbags包装其实是500公斤、700公斤乃至一吨的这种包装，它在一定程度上对这个问题其实是有一定的帮助的。

另外一个需要注意的问题其实是团聚，尤其是受潮的时候，氧化的时候，杂质存在的时候它都会导致这种团聚的产生。团聚肯定是大家不希望存在的，打印的时候你们可能也会发现，比如说我打印完了，第二次使用的时候很多的粗颗粒，我们需要去筛分出来等等之类的。其实都会有这样的一些影响，因为将来大家使用的粉会比较多，设备的尺寸越大粉末使用量就会很多，那么储存其实也是一个问题。

我们的理解，你们储存至少得需要一个专门的地方来避免开口避免阳光直射，避免破损，避免潮湿等等，这些其实都是非常一般的一些要求。只要按照粉末储存的性能要求条件来准备一些储存的场所和环境，基本上就能解决这样的一个问题。另外，我们在粉末使用前也尽量地干燥一下。以上是我们应对大尺寸批量化趋势做的一些努力，也欢迎大家一起来讨论。一个就是从生产端，我们从生产上来控制，另外一个从包装上从储存运输上一起来把粉末进行一些改进、升级换代来满足市场上大尺寸批量化的发展趋势。

霍尔榜公益直播项目-Hoganas.粉末如何适应设备大尺寸批量化的发展趋势

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