【云展览 微科普】7、3D打印的关键“球”
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云展览 微科普
走进中国科学院创新成果展
（七）3D打印的关键“球”
与四大传统减材制造方法
车铣刨磨不同
增材制造是从无到有
通过3D打印技术以及
计算机辅助设计等设计方法
创造出各式形态工件的制造工艺
高品质钛合金球形粉体是
提升增材制造效果的重要原料
“云展览 微科普”
本期为您解读
3D打印的关键“球”
高品质钛合金球形粉体制造技术短视频
什么是高品质钛合金球形粉？
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天、汽车制造及生物医疗等行业。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
常见的粉体形貌有：球形、树枝形、针状、粒状和片状等，球形粉体具有较好的流动性，有利于提高铺粉的均匀性和送粉的稳定性，因此一般应用于金属3D打印技术的是球形粉体。相对于普通球粉，高品质钛合金球形粉体颗粒粒径小且分布均匀，表面形貌规则，粉体的堆积密度显著增大，可以很大程度上改善粉体的流动性和分散性，最大限度地消除细粉团聚的影响，同时粉体内部的缺陷得到改善。由于高品质钛合金球形粉体具有更优异的性能，因此在新科技、新技术、新产品中得到广泛的应用。
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为什么说得粉体者得天下？
高品质钛合金球形粉是金属3D打印的关键基本原材料，在航空航天、医疗、海洋船舶等领域的需求量都非常大，是国家的战略性材料。目前国内外主要采用气雾化法制备的粉体普遍存在性能缺陷，而且产品价格高昂，严重制约了3D打印行业的发展。攻克了高品质钛合金球形粉体制造技术，就可以占据3D打印行业的制高点，对促进3D打印行业发展意义重大。
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我国的钛合金球形粉制备现状
目前在钛合金精细球粉制备生产上，仅德国、加拿大、美国等国家的少数几家公司掌握高品质钛合金球形粉的生产技术，主要采用传统气雾化法制粉，粉体质量也存在空心球、椭圆球等缺陷，且细粉得率低，导致市场价格居高不下，限制了在各领域的应用。另外，欧美厂家对于高端钛合金球粉及制粉设备，还采取了出口限制措施。而国内一些粉末制造公司多在研制传统的气雾化设备，制备钛合金精细粉末依然存在价格昂贵、性能缺陷等问题。
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高品质钛合金球形粉体制造技术
目前高品质钛合金球形粉的制备存在三个难题：一是钛的高温活性高，可以与大自然界中的大部分元素发生反应；二是它与氧有极强的吸附性，无论是在高温高纯气氛保护下，还是在常温空气放置，都会增加氧含量；三是熔融态的钛合金表面张力大，不易冲散形成细小粉体。
中科院海西研究院另辟蹊径，独创了激光超声等离子球化技术，自主研制出增材制造用钛合金精细球粉制造装备，实现了高品质钛合金球形粉的制备生产，制备生产的球粉得粉率高，消除了细粉得粉率低、空心球卫星球难以消除等技术难题，粉体的流动性高于国外产品的流动性，细粉得率高，生产成本大大降低，成功应用于金属3D打印工艺，打印件的机械性能大幅提高。研发成果推出后国外厂家主动将球粉的价格下调，扭转了我国在3D打印原材料受制于人的局面。
激光超声等离子球化钛合金精细球粉制造装备模型
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成果的重要应用
传统的机械加工一般是先铸造和锻造，然后在其基础上，使用切割、磨削等办法，去除多余部分，得到零部件的过程。与之相反，3D打印则是一种直接根据计算机图形数据，通过叠加材料的方法生成任何形状的物体的技术。它改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式，实现了随时、随地、按需生产。目前钛合金作为重要的金属3D打印材料，已被广泛应用于航空、航天、汽车制造和生物医疗等领域。
粉体制造大飞机发动机
粉体运用于制造汽车发动机
钛合金3D打印人体胸腔
特别感谢
中国科学院福建物质结构研究所
叶辉高级工程师
提供以上内容
鸣谢
中国科学院科技促进发展局
中国科学院福建物质结构研究所
文章来源：“院史天地”公众号
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