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2021/05/11
掌握更好的金屬粉末，給你更優質的金屬3D列印！
儘管金屬3D列印技術正不斷進步，可是它仍受到可靠性和生產力的問題影響，因此更高品質的金屬材料可能是解決此問題的關鍵，那麼金屬粉末能夠如何發揮作用呢？
當金屬3D列印機首次推出市場時，製造商便試圖使用市售的金屬粉末作為原料，因為不需要專門的材料，客戶便可輕鬆地找到用於其應用的金屬原料，而列印機製造商也可以專注於製造更多的機器，這對加速金屬3D列印的發展起了良好的效果。
但是，隨著行業的成熟和真正投入生產的階段，人們發現並非所有的金屬粉末都是一樣的。如果你需要更可靠、穩定的列印品質，那麼原料的品質是相當重要的。如今，對於為高品質、批量生產的增材製造而明確設計的金屬粉末原料之需求，可謂日益增長。
由Polyshape使用Constellium的Ahead合金金屬粉末列印的功能液壓塊板。(來源：Constellium)
3D特定金屬材料
金屬3D列印為製造業提供了許多潛在的好處，包括設計自由、製造更輕更有效的零件，以最小的庫存簡化供應鏈的管理，減少開發和定製零件生產的準備時間。然而，有兩個挑戰阻礙了該技術成為主流生產技術，並擾亂了目前每年13萬億美元的製造業——
1. 金屬增材製造工藝的可靠性和一致性。
2. 金屬3D列印的緩慢速度。
這兩個問題導致金屬列印成本大約是傳統製造工藝(如鑄造)的10倍，除非能夠縮小這個差距，否則金屬3D列印將會只能用於研發和少量生產的應用。
金屬粉末床中，帶有結構支撐的金屬零件。(來源：Voestalpine AG)
目前的創新
列印機製造商一直在努力解決一致性的問題，使得他們的雷射器更加的精確、構建環境更加的可控、硬體也更加的堅固。而他們一直在通過改進列印機的機械性能，並為系統裝滿更多的雷射器來解決生產速度的問題，但是，這些改進是漸進式的，無法解決系統的根本問題，因為優質的原料才是實現與傳統製造業競爭所需的必要因素。
需要在兩方面取得進展——粉末性能和特殊合金
內行人都知道在金屬3D列印的生產中，粉末的均勻性、顆粒平滑度和狹窄的PSD物質都很重要，因為材料會均勻地吸收雷射能量、均勻地熔化並均勻地固化。然而，很多人尚不了解這些性質有多重要，在最近的數據中顯示，這些特性的粉末需要流動得更快、堆積得更緊密並且吸附的水分更少，才能具有更一致的機械性能(有效地改善)和更快速的生產力(降低成本)。
對於金屬增材製造行業而言，許多傳統的氣體霧化粉末供應商已尋求改進他們的技術，以改善粉末原料，或採用了諸如等離子和向心霧化等較新的技術。而一些新創公司，例如Equispheres已經採用專有的霧化技術來生產專門用於3D列印的粉末。事實上，許多公司正在努力為市場帶來更新的「養分」，在過去三年裡，「可列印的金屬」材料清單已經翻了倍，極大地擴張了用戶可利用增材製造的可能應用數量。
鋁合金的進步
具體來說，在鋁合金方面已經進行了相當大的研發工作，目前用於3D列印的鋁合金，大多數是簡單的鑄造合金，例如AlSi10Mg和A357。這些鋁合金不是特別的堅固，也不能承受高溫，但由於這種材料的「可焊接」，即使它具有平庸的機械性能，卻仍被接納了，所以也才能在不破裂的情況下用於3D列印。這些材料的特性可能是一些公司在金屬3D列印中所追求的全部特性，但在其他公司——尤其是航太工程和先進製造業，則需要更多。
有幾家公司正在提供解決方案，例如Elementum 3D已經開發了一種奈米粒子技術，該技術使難以焊接的材料，如6061在3D列印的應用中變得可行。另一家公司Constellium已經將兩種新的合金CP1和HT1推出市場，它們具有更好的強度和高溫性能，這些類型的創新將為鋁打開全新的應用領域。
金屬粉末的球形特寫。(來源：Equispheres)
展望未來，關於PSD、球形度、平滑度、鋪展密度和流動性的粉末規格都必須公開，而特殊的化學成分也必須廣泛提供且不綁定特定的機器品牌。雖然對列印機製造商來說，擁有從材料到設備的生態系統是一種穩健的商業模式，但「圍牆式的方法」將減緩金屬3D列印技術在大規模生產中的廣泛採用。迄今為止，金屬3D列印用戶在很大程度上已成功確保系統保持開放狀態，但這可能會產生變化，因為黏合劑噴氣機供應商可能需要黏合劑的「特殊醬汁」，或會將黏合劑與粉末捆綁在一起。
總而言之，金屬增材製造是一個日趨成熟的行業，有可能成為主流的生產製造技術。如果用戶要求採用開放標準和專用材料，來改善零件性能並降低成本，這將是最好的選擇。
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