破除忧虑——采用金属回收废料制造的3D打印粉末能否符合规格
仅仅一百万磅的废料就可以制造价值十亿美元的产品
此前，我们曾介绍过6K Additive使用CNC铣削、磨削废料以及3D打印的支撑和废件来生产优质金属粉末的技术。本期，我们要介绍的是另一家公司的方案，它使粉末的生产制造更为灵活。
美国MolyWorks公司开发了一种基于电弧熔化和“水平自由落体”的雾化工艺，该过程使熔融金属通过水平气流下落，从而形成细小的球形粉末。该过程快速高效，更重要的是，它所使用的设备都可以紧凑安装、便于移动。基于此，该公司提出了“Mobile Foundry”的业务发展模式（也可称为移动方舱），即在金属废料的产生地现场消化并转化为优质粉末。该提案获得了美国小企业创新研究计划(SBIR)以及美国陆军的支持。移动方舱被运送到战场，现场将弹壳、损毁的发动机缸体、装甲甚至午餐盒等废料转化为优质粉末。同时，该公司还将钛合金锻造废料转化来的粉末3D打印成了空军起落架的非结构件。
然而，采用金属废料制造3D打印循环使用的粉末，该如何打消用户的忧虑？
机加工和金属3D打印的废料回收起来其实非常容易，但将其变成可用的球形粉末却并不简单。增材制造级的粉末在其物理特性（球形度、流动性等）和化学组成方面必须达到严格的标准。因此，确定废料的合金类型及其精确的化学成分就尤为重要。
一般而言，与开采和加工新矿石相比，回收金属往往具有更高的能源使用效率，但是回收给定材料的收益可能会有所不同。MolyWorks最为关注钛合金，其使用量占全球增材制造市场的30％左右，并且也是回收利用率最高的材料之一。钛合金在使用过程中具有抗腐蚀和防锈的功能，这意味着它在回收时会更纯净。钛合金在回收冶炼过程中需要高真空的熔融气氛以防止污染，约90％的钛废料可以回收利用，而其他金属（如钢和铝）的回收利用率基本接近60％。
分类是回收过程的第一步，然后进行化学分析，以确定材料中氢、氧、氮等污染物的水平。MolyWorks可能会混合不同批次的废料或引入原始材料，以在成品粉末中获得所需的组合。在某些情况下，甚至需要将一个零件切割成不同的部分来分别使用，以实现正确的化学配比。
在一个案例中，MolyWorks获得了一个20英尺长的石油钻铤，工作人员必须用带锯将其切割，然后使用手持式XRF分析仪对每个部分进行采样，并判断氧气污染情况。最终将根据含氧量来选择符合标准的部分，以满足规格要求。
MolyWorks将石油钻铤回收为3D打印金属粉末的过程
使用回收的石油钻铤制造的粉末重新3D打印的钻井零件（左）和液压歧管
由废料循环制造的3D打印球形粉末，潜在购买者和使用者可能会充满担忧。目前，对回收料的化学分析和随后的混合是了解材料并确保产品可用的最佳方法。作为一种面向未来的措施，MolyWorks会在其制造的每个零件中加入二维码，并将该商品与跟踪系统中的记录相关联。未来，回收的金属废料可能会成为3D打印粉末的首选原料。
MolyWorks表示，“这些零件可以投入使用，当其报废再次回收后，我们也确切的知道它是由什么制成的。”“零件的完全可追溯性，使得原料的回收和选择更加有利。”
制造信息的存在使MolyWorks再次进行原料筛分时更加方便
建立回收和再制造的良好循环
目前，MolyWorks专注于粉末生产和3D打印服务，但它看到的主要商业前景是对粉末的回收和再制造，其将客户处的废料重新加工成粉末后再销售给他们，而公司的3D打印业务是一种评估回收潜力的方法。
一旦建立了废料来源，MolyWorks就会考虑在其附近设立厂房以消耗该地区的废料。这样的分布式网络将有助于激励企业回收废料，并有可能降低周围地区金属增材制造粉末的成本。
实际上在2020年，航空航天企业Relativity Space已经与6K建立了战略合作，共同开发经济、可持续的材料用于火箭3D打印。该合作将建立闭环供应链，届时，Relativity生产过程中产生的废料将通过6K转化为优质粉末，并重新部署到Relativity工厂。两家公司还将共同开发用于火箭制造和太空应用的新材料。
对于MolyWorks来说，目前尚不清楚其自由生产模式的合适用户，但OEM本身就具备潜力。例如，航空航天和国防制造商通常必须提供材料的销毁证明，以防止用过的或有缺陷的零件不会回到飞机上或流出。MolyWorks提供的服务就是在现场处理废料，保证没有人可以看到这些零件，企业在保护知识产权的同时可以创造新的原料。从长远来看，回收过程真正有效且有意义，尤其对于粉末使用端。
在循环经济的四个象限中，第四个象限（收集、分类、再加工）是最困难的部分。人们愿意一次或两次送寄废品，但再往后却不持续。只有在生产地点附近进行分布式的收集和回收，这种模式或可持久。（附：MolyWorks从金属废料再制造为优质金属粉末的流程）
延伸阅读：
4.看EOS如何提高材料的疲劳性能（内附一种无支撑工艺方案）