專題：粉末可回收性因素對金屬增材制造的影響及提高粉末重復使用性的方法
近年來，隨著設備制造商推動傳統金屬粉末生產商提供專為航空航天、國防和生物醫學領域應用而設計的特種粉末，使得高端材料增材制造的成本持續增加。基于此，粉末的可回收性和循環使用就變得更加重要。在本篇文章中，3D打印技術參考將具體闡述在金屬增材制造過程中，粉末回收與循環使用存在的一些挑戰，尤其是提高粉末重復使用性的方法。本期文章歸屬于《粉末循環使用與3D打印質量專題二》。
在一個或多個打印周期后，不同類型的粉末會出表現出不同的性能變化。Inconel 718在循環使用過程中具有較好的化學穩定性，但在評估可重復使用性時會受到形態和流動性的物理特性限制。這些材料在較高溫度下熔化時，熔體周圍的材料變形并燒結在一起，這會使粉末顆粒變大并且不可用。而鈦合金粉末則更容易吸收氧，粉末較高的氧含量會導致打印失敗，因此，必須時刻關注粉末的氧化情況，其使用次數也會受到很大限制。
了解不同類型粉末的降解行為對于制定至今尚沒有的粉末再循環性標準是重要的。
金屬粉末多次循環使用后的降解情況
在一項高溫材料可回收性研究中，研究人員通過對多次SLM打印循環的粉末進行分析，以了解對粉末和零件性能的影響。在多次打印過程中，附著在較大粉末顆粒上的衛星粉開始分離，形成較小的單個顆粒。同時，粉末顆粒開始熔合在一起形成團聚體，其中的顆粒破碎成不完整的細顆粒。所有這些都影響了粉體的流動性和堆積密度，使粉體粒度分布變寬并且粉末的氧含量增加。然而，在使用相同批次的粉末連續13次循環之后，粉末仍符合成分規范，滿足可重復使用的要求（研究詳情已上傳）。
兩種方法提高粉末的可重復使用性
提高金屬粉末的可重復使用性，需要確定合格的技術來修復不合格的粉末并使其可重復使用。目前一種比較流行的方法，是在每次構建之前將新粉與舊粉進行混合。它可以降低粉體中的氧含量，還可以調控粉末粒度分布、松裝密度等物理性質。但是，目前尚沒有確定的混合標準，用戶多憑借經驗來確定最佳比例，這些嘗試通常根據使用的材料和制造的零件類型而有所不同。
另一種合理的修復技術是使用感應等離子體工藝，它能夠將形狀不規則、流動性較差的粉末通過送粉器送入感應等離子體中，利用高溫使其迅速加熱并熔化，形成液滴，在表面張力作用下團聚成球形，在下落過程中發生重新凝固，從而獲得球形粉末顆粒。該方法可以改善粉末流動性和堆積密度等特性。
通過重熔和固化粉末顆粒來降低孔隙率，提高粉末密度，通過提高等離子熔煉溫度和修改保護氣體可以選擇性的去除雜質提高粉末純度。研究機構EWI已經使用這種方法進行了一些早期研究，但必須進行進一步的測試才能評估粉末修復的可行性。
制定行業準則以提高可追溯性
在粉末修復技術方面仍有很多工作要做。例如，雖然新舊粉末混合可以降低粉體中總的氧含量，但粉體中仍舊包含具有高氧含量的顆粒，如果這些顆粒最終進入零件，則可能發生災難性零件故障。一些研究表明，在Ti-6Al-4V粉末中，較高的氧含量會導致零件的拉伸強度降低。
在高端應用方面，制造商傾向于使用新粉末進行關鍵部件的的3D打印，從而保證制造部件性能的一致性并將風險降至最低，這種做法產生了大量的“不合格”粉末，代價高昂。隨著增材制造生產和粉末消耗的增加，粉末可追溯性將持續受到關注，這將導致與增材制造過程相關的成本增加。
END
為了使3D打印材料在技術發展中可負擔得起，最重要的是開發標準的方法，不僅可以對粉末進行翻新處理，還能對粉末進行鑒定并重新投入生產。目前國外EWI正在通過其增材制造協會以及ASTM AM卓越中心來制定指南，國內也有高校和研究結構進行相關研究，詳細的研究資料已上傳QQ群。
4.北京科技大學：3D打印「低成本金屬粉末制備新技術」實現應用
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