【第三屆世界3D打印大會(huì)】賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應(yīng)技術(shù)中的應(yīng)用

2015年6月3日至6月6日，第三屆世界3D打印大會(huì)在成都隆重舉行,。南極熊3D打印網(wǎng)作為3D打印專業(yè)的互動(dòng)媒體平臺(tái),，到現(xiàn)場(chǎng)為大家從南極熊的視覺來觀看了解這次3D打印領(lǐng)域的重大會(huì)展會(huì)議。下面請(qǐng)看南極熊·第三屆世界3D打印大會(huì)系列—— 世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)的那人那事,，賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應(yīng)技術(shù)中的應(yīng)用,。

泰克納公司主要是生產(chǎn)3D打印金屬粉末的，關(guān)于公司的等離子感應(yīng)技術(shù),，即用金屬球形粉末完成3D打印增材對(duì)于粉末是有比較高的要求,，主要要求是要具有一個(gè)流動(dòng)性高和堆積密度高的特點(diǎn)，流動(dòng)性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池,，同時(shí)也保證粉末的重復(fù)使用,；堆積特性高可以保證得到組織致密和低缺陷率或僥幸成型率。


賈鹿：大家好,，我的報(bào)告是關(guān)于我們公司的等離子感應(yīng)技術(shù),，即用金屬球形粉末完成3D打印。在這里我著重介紹增材制造、泰克納公司簡介,、感應(yīng)等離子技術(shù),、感應(yīng)等離子體設(shè)備的技術(shù)的描述等。

增材制造又稱3D打印,，是一種以數(shù)字,、模型文件為技術(shù)的直接制造技術(shù)，幾乎可以制造任意形狀的三維實(shí)體,，3D打印的材料主要是金屬粉末,、塑料、黏合材料等,，打印后還需要一個(gè)燒結(jié)的步驟,，才能得到一個(gè)最終的部件。

為什么現(xiàn)在增材制造這么火,？主要有幾個(gè)原因：第一,、增材制造的制作費(fèi)用比較低廉,，而且可對(duì)于復(fù)雜部件有很簡單,、快速、創(chuàng)新的制造,，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在不需要用很多的設(shè)備和復(fù)雜的設(shè)計(jì),，增材制造這種方式可以讓我們很快的從一個(gè)設(shè)計(jì)的理念到一個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品。第二,、和常規(guī)的制造方式相比耗材低,，這種制造方式是用粉末做原料，可以大大降低耗材,。

目前的技術(shù)主要是激光燒結(jié)和電子束燒結(jié),，還有噴墨打印。我們公司主要是生產(chǎn)金屬粉末的,，所以主要注重于前面兩種,。增材對(duì)于粉末是有比較高的要求，主要要求是要具有一個(gè)流動(dòng)性高和堆積密度高的特點(diǎn),，流動(dòng)性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池,，同時(shí)也保證粉末的重復(fù)使用；堆積特性高可以保證得到組織致密和低缺陷率或僥幸成型率,。據(jù)南極熊了解,，海綿鈦粉末，可以同時(shí)滿足流動(dòng)性高和堆積密度高的要求,，粉末很干凈,，沒有小粉附著在球形粉末的表面上，從而影響粉末的流動(dòng)性和堆積密度及粉末燒結(jié),，粉末的粒徑主要是5—45u,。材料的種類主要是一些鈦,，目前比較多的是鈦、鈦合金粉,、鎳合金,、鈷鉻合金、鎂鋁硅合金等,。

我們公司的設(shè)備80%以上都是我們自己在工廠加工的,。這是我們40千瓦的設(shè)備，主要可以用來做三個(gè)應(yīng)用：納米粉末,、球形粉末,、做噴涂。泰克納公司座落在魁北克省蒙特利爾附近,，大概離蒙特利爾40公里,，這個(gè)公司是從大學(xué)里面分出來的，最早是從一個(gè)體炬(音)開始的,，體炬是我們核心的技術(shù),，我們每一套設(shè)備都是根據(jù)客戶的需求來定做定制的，所以在開始的時(shí)候我們也有很多方案的設(shè)計(jì),、設(shè)備的設(shè)計(jì)等,。這是我們200千瓦工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備，我們目前生產(chǎn)的粉末都是用這種設(shè)備來生產(chǎn)的,。我們公司目前有70個(gè)員工,，是多個(gè)學(xué)科人才組成的團(tuán)隊(duì)。我們有設(shè)備公司和研發(fā)公司及粉末公司,，粉末公司主要是用我們自己制造的設(shè)備,，來生產(chǎn)一些高附加值的粉末。

下面我介紹一下感應(yīng)等離子技術(shù),。物體有三態(tài),，固體溫度升高變液體，液體溫度升高變氣體,，再把氣體溫度升高就是等離子體,。等離子有比較多的種類，主要是感應(yīng)等離子體,，是用感應(yīng)線圈固化在陶瓷當(dāng)中,，當(dāng)我們的等離子氣體通路到這個(gè)感應(yīng)的磁場(chǎng)中就可以激發(fā)它，產(chǎn)生等離子體,，產(chǎn)生高溫區(qū),，我們主要用等離子體這個(gè)高溫區(qū)對(duì)粉末進(jìn)行處理。

舉例：右邊是我們70年代的一個(gè)體炬，比較簡單,，它的操作時(shí)間會(huì)比較短,，因?yàn)樗�的冷卻效果不是特別好，所以操作一段時(shí)間必須要停下來,。我們現(xiàn)在的體炬是我們的專題,，可以24小時(shí)連續(xù)操作。感應(yīng)等離子體和其他體的區(qū)別是我們是沒有電極的,，電極是一個(gè)易損件,，而且高溫下容易侵蝕，可以氣化,，但對(duì)于我們來說就沒有這個(gè)問題,，我們最高溫是軸向注入原料，大部分現(xiàn)在是測(cè)向注入的,，如果側(cè)向注入有一些粉還沒有到高溫區(qū)就掉下來,，有一些粉穿過高溫區(qū)就掉下來了，這樣就導(dǎo)致很多的粉沒有很好的處理,，對(duì)我們這樣的技術(shù)來說就不存在這樣的問題,，等離子上做一個(gè)長時(shí)間的停留，主要是感應(yīng)等離子體速度非常低,，對(duì)DC等離子體要200—300米左右每秒,，意味著原料在等離子中有一個(gè)長時(shí)間的停留,，這樣可以有一個(gè)足夠的時(shí)間來吸收充分的熱量,，來進(jìn)行熔化或者是氣化，來處理粉末,，而且我們等離子的體積非常大,，所以可以同時(shí)處理很多的粉末，而且我們?cè)诙栊�,、還原性,、氧化性的環(huán)境下都可以進(jìn)行操作。

這是我們溫度分布的模擬圖,，可以看到在最高溫處溫度是在11000度,，在這種溫度下，對(duì)所有的物質(zhì)都可以進(jìn)行熔化和汽化,，這就是我們泰克納感應(yīng)等離子體體炬,，根據(jù)功率的不同有不同的體炬，分別有15,、40,、80、200千瓦的體炬，到現(xiàn)在一直沒有一個(gè)體炬是反修過,。

下面介紹一下我們等離子體工藝,，剛剛介紹到我們主要有三個(gè)應(yīng)用，第一個(gè)應(yīng)用是可以對(duì)粉末進(jìn)行球化,，提高粉末的流動(dòng)性,，增加粉末的堆積密度，減少粉末的孔隙度,、改變顆粒的表面形狀等等,，我們知道當(dāng)粉末注入到等離子當(dāng)中去，當(dāng)它吸收的熱量大于他需要熔化的熱量,，大于他熱傳導(dǎo)的力量,，他就會(huì)熔化，完全熔化以后在反應(yīng)器當(dāng)中,，在下降過程中慢慢冷卻,，自由放任，由于地心引力的作用,，就成為一個(gè)球形的粉末了,。我們可以用很多作為原材料，比如噴霧干燥粉末,、角形粉末,、線材、懸浮液,、氣體,、固體、液體都可以作為原材料,。當(dāng)粉末注入到等離子體以后,，就可看到這個(gè)藍(lán)線(PPT)，經(jīng)過熔化以后降落下來,，下來我們用抽真空的棒把它抽掉,，粉末就會(huì)落在我們金屬過濾網(wǎng)的表面，然后就會(huì)掉落到搜集罐當(dāng)中去,。使用泰克納的設(shè)備可以做球化的粉末,，我們可以做氧化物、氧化硅,、純金屬,、鈦、鈦合金粉,，以及其他一些合金,。

這是我們的一些產(chǎn)品,，這是一個(gè)鈦粉，我們有兩種工藝,，一種是用海綿鈦進(jìn)行生產(chǎn),，還有用其他的一些材料進(jìn)行生產(chǎn)，如果用海綿鈦我們的堆積密度是提高了很多,，剛剛蔡總有提到,，說國外的產(chǎn)品價(jià)格非常高，和國內(nèi)的價(jià)格相比非常高,，但現(xiàn)在采取我們的這種工藝,，其實(shí)產(chǎn)品的價(jià)格可以說和國內(nèi)的產(chǎn)品價(jià)格是差不多的，所以并不是說性質(zhì)好價(jià)格就貴,，性質(zhì)好價(jià)格也可能是便宜的,。這是我們鈦粉的一些特點(diǎn)，其中你可以看看,，我們有一個(gè)提純的過程,，為什么提純呢?在高溫下一些低熔點(diǎn)和汽化的物質(zhì)會(huì)汽化以后，從粉末中跑出來以后,，就會(huì)抽真空抽掉了,，你看會(huì)有一些降低。我們粉末在濾鏡上是沒有改變的,，我們有鎳合金,，有鉬粉，堆積密度是增加了很多,，這是鉬粉的一些詳細(xì)信息,，從5—25u、從10—45u而都可以提供,，我們有鎢粉,，鎢粉非常好，現(xiàn)在在3D打印當(dāng)中,，特別是GE用來做X射線的準(zhǔn)直起器，用于工業(yè)化生產(chǎn),。

我們的設(shè)備也可以做納米粉末,，納米粉末原理很簡單，當(dāng)粉末注入到等離子當(dāng)中以后,，在下沉過程中會(huì)慢慢的互相碰撞團(tuán)聚,，當(dāng)團(tuán)聚到我們需要的濾鏡的時(shí)候，比如說我們需要八乘層次納米的濾鏡,，我們根據(jù)我們的模擬,，知道在某一個(gè)位置就達(dá)到了,，我們把它冷卻固化，納米的粉末可以生產(chǎn)純金屬氧化物,，氮化物等,，所以我們粉末的進(jìn)濾鏡是可以通過這個(gè)位置來控制的。我們的設(shè)備有一個(gè)試驗(yàn)性研發(fā)設(shè)備,，有15千瓦的設(shè)備,，主要是用于實(shí)驗(yàn)性，40千瓦也是實(shí)驗(yàn)性的設(shè)備,，我們還有一邊做球化,，一邊做納米的雙輸出端的設(shè)備。還有80千瓦的設(shè)備,，這是一套中試的設(shè)備,，可以用于試驗(yàn)，也可以用于生產(chǎn),，而且它是一個(gè)20小時(shí)連續(xù)操作,，有氣體回收裝置和起疊系統(tǒng)。這是我們200千瓦的設(shè)備,，主要是工業(yè)化生產(chǎn)的,，我們產(chǎn)量可以達(dá)到25—30公斤每小時(shí)。我們的真彩制造是一種快速生產(chǎn)的創(chuàng)新技術(shù),，現(xiàn)在越來越多的工業(yè)伙伴注重這種技術(shù),，這種技術(shù)需要大量的高流動(dòng)性與高密度的粉末來生產(chǎn)出特殊要求的零件，我們泰克納感應(yīng)等離子技術(shù)是完全可以生產(chǎn)出滿足3D打印高標(biāo)準(zhǔn)的球形粉末的,，謝謝各位,。（3D打印在線）

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