【第三屆世界3D打印大會】賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應技術中的應用

2015年6月3日至6月6日，第三屆世界3D打印大會在成都隆重舉行。南極熊3D打印網(wǎng)作為3D打印專業(yè)的互動媒體平臺，到現(xiàn)場為大家從南極熊的視覺來觀看了解這次3D打印領域的重大會展會議。下面請看南極熊·第三屆世界3D打印大會系列—— 世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會的那人那事，賈鹿：金屬3D打印粉末在等離子感應技術中的應用。

泰克納公司主要是生產(chǎn)3D打印金屬粉末的，關于公司的等離子感應技術，即用金屬球形粉末完成3D打印增材對于粉末是有比較高的要求，主要要求是要具有一個流動性高和堆積密度高的特點，流動性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池，同時也保證粉末的重復使用；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，我的報告是關于我們公司的等離子感應技術，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、感應等離子技術、感應等離子體設備的技術的描述等。

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

為什么現(xiàn)在增材制造這么火？主要有幾個原因：第一、增材制造的制作費用比較低廉，而且可對于復雜部件有很簡單、快速、創(chuàng)新的制造，因為我們現(xiàn)在不需要用很多的設備和復雜的設計，增材制造這種方式可以讓我們很快的從一個設計的理念到一個設計生產(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。

目前的技術主要是激光燒結和電子束燒結，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。增材對于粉末是有比較高的要求，主要要求是要具有一個流動性高和堆積密度高的特點，流動性高可以保證打印粉末均勻順利的輸送到打印熔池，同時也保證粉末的重復使用；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，可以同時滿足流動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性和堆積密度及粉末燒結，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40千瓦的設備，主要可以用來做三個應用：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，這個公司是從大學里面分出來的，最早是從一個體炬(音)開始的，體炬是我們核心的技術，我們每一套設備都是根據(jù)客戶的需求來定做定制的，所以在開始的時候我們也有很多方案的設計、設備的設計等。這是我們200千瓦工業(yè)化生產(chǎn)的設備，我們目前生產(chǎn)的粉末都是用這種設備來生產(chǎn)的。我們公司目前有70個員工，是多個學科人才組成的團隊。我們有設備公司和研發(fā)公司及粉末公司，粉末公司主要是用我們自己制造的設備，來生產(chǎn)一些高附加值的粉末。

下面我介紹一下感應等離子技術。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，主要是感應等離子體，是用感應線圈固化在陶瓷當中，當我們的等離子氣體通路到這個感應的磁場中就可以激發(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高溫區(qū)對粉末進行處理。

舉例：右邊是我們70年代的一個體炬，比較簡單，它的操作時間會比較短，因為它的冷卻效果不是特別好，所以操作一段時間必須要停下來。我們現(xiàn)在的體炬是我們的專題，可以24小時連續(xù)操作。感應等離子體和其他體的區(qū)別是我們是沒有電極的，電極是一個易損件，而且高溫下容易侵蝕，可以氣化，但對于我們來說就沒有這個問題，我們最高溫是軸向注入原料，大部分現(xiàn)在是測向注入的，如果側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，這樣就導致很多的粉沒有很好的處理，對我們這樣的技術來說就不存在這樣的問題，等離子上做一個長時間的停留，主要是感應等離子體速度非常低，對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長時間的停留，這樣可以有一個足夠的時間來吸收充分的熱量，來進行熔化或者是氣化，來處理粉末，而且我們等離子的體積非常大，所以可以同時處理很多的粉末，而且我們在惰性、還原性、氧化性的環(huán)境下都可以進行操作。

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，對所有的物質都可以進行熔化和汽化，這就是我們泰克納感應等離子體體炬，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應用，第一個應用是可以對粉末進行球化，提高粉末的流動性，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，我們知道當粉末注入到等離子當中去，當它吸收的熱量大于他需要熔化的熱量，大于他熱傳導的力量，他就會熔化，完全熔化以后在反應器當中，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。當粉末注入到等離子體以后，就可看到這個藍線(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，粉末就會落在我們金屬過濾網(wǎng)的表面，然后就會掉落到搜集罐當中去。使用泰克納的設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，這是一個鈦粉，我們有兩種工藝，一種是用海綿鈦進行生產(chǎn)，還有用其他的一些材料進行生產(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)品價格非常高，和國內(nèi)的價格相比非常高，但現(xiàn)在采取我們的這種工藝，其實產(chǎn)品的價格可以說和國內(nèi)的產(chǎn)品價格是差不多的，所以并不是說性質好價格就貴，性質好價格也可能是便宜的。這是我們鈦粉的一些特點，其中你可以看看，我們有一個提純的過程，為什么提純呢?在高溫下一些低熔點和汽化的物質會汽化以后，從粉末中跑出來以后，就會抽真空抽掉了，你看會有一些降低。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打印當中，特別是GE用來做X射線的準直起器，用于工業(yè)化生產(chǎn)。

我們的設備也可以做納米粉末，納米粉末原理很簡單，當粉末注入到等離子當中以后，在下沉過程中會慢慢的互相碰撞團聚，當團聚到我們需要的濾鏡的時候，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，知道在某一個位置就達到了，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，所以我們粉末的進濾鏡是可以通過這個位置來控制的。我們的設備有一個試驗性研發(fā)設備，有15千瓦的設備，主要是用于實驗性，40千瓦也是實驗性的設備，我們還有一邊做球化，一邊做納米的雙輸出端的設備。還有80千瓦的設備，這是一套中試的設備，可以用于試驗，也可以用于生產(chǎn)，而且它是一個20小時連續(xù)操作，有氣體回收裝置和起疊系統(tǒng)。這是我們200千瓦的設備，主要是工業(yè)化生產(chǎn)的，我們產(chǎn)量可以達到25—30公斤每小時。我們的真彩制造是一種快速生產(chǎn)的創(chuàng)新技術，現(xiàn)在越來越多的工業(yè)伙伴注重這種技術，這種技術需要大量的高流動性與高密度的粉末來生產(chǎn)出特殊要求的零件，我們泰克納感應等離子技術是完全可以生產(chǎn)出滿足3D打印高標準的球形粉末的，謝謝各位。（3D打印在線）

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