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Ames實(shí)驗(yàn)室借氣體霧化法生產(chǎn)金屬3D打印材料
設(shè)在愛荷華州立大學(xué)的Ames實(shí)驗(yàn)室是由美國(guó)能源部管理，該實(shí)驗(yàn)室制造出了完美的金屬粉末材料。雖然金屬粉末的創(chuàng)新可能看起來很小，但它對(duì)3D打印行業(yè)的影響是巨大的。
對(duì)于那些沒有意識(shí)到的人來說，金屬3D打印是當(dāng)今增材制造中增長(zhǎng)快的趨勢(shì)之一。直到近，金屬3D打印材料已經(jīng)降級(jí)到工業(yè)和非常昂貴的打印機(jī)領(lǐng)域。但是，在過去幾年中，3D打印金屬的可能性在低價(jià)上出現(xiàn)了飛躍。
早在2015年，一家位于威斯康星州的創(chuàng)業(yè)公司Virtual Foundry就推出了一項(xiàng)名為Filamet的金屬3D打印材料的Kickstarter活動(dòng)。在活動(dòng)成功后，Virtual Foundry的Filamet公開上市，使任何人都能使用桌面3D打印機(jī)打印金屬，并為金屬3D打印行業(yè)的許多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手敞開了大門。
從那時(shí)起，創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。就在不久前的CES展上，總部位于馬薩諸塞州的Markforged公司在金屬競(jìng)賽中脫穎而出，推出了一種新的、相對(duì)便宜的金屬3D打印技術(shù)，也被稱為原子擴(kuò)散添加劑制造（ADAM）方法，以及他們令人印象深刻的新型打印機(jī)：Metal X．
現(xiàn)在，著名的Ames實(shí)驗(yàn)室正在尋找給金屬3D打印的另一個(gè)重大的提振。由他們的氣體霧化方法生產(chǎn)的金屬粉末材料，Ames實(shí)驗(yàn)室的金屬粉末由完美光滑的球形顆粒組成，是金屬3D打印的理想材料選擇。
一個(gè)簡(jiǎn)單的沙漏測(cè)試揭示了該材料的好處。Ames Lab的冶金學(xué)家Iver Anderson和Emma White喜歡向訪客展示定制沙漏中的金屬粉末樣品。當(dāng)沙漏翻轉(zhuǎn)時(shí)，客人可以看到Ames的金屬粉末和傳統(tǒng)制造的金屬粉末之間的區(qū)別。傳統(tǒng)制造的粉末不是很流暢地通過沙漏的頸部，而且當(dāng)停止和啟動(dòng)，需要被搖晃一下。另一方面，氣體霧化的Ames粉末順利且快速地通過沙漏。
“你可以看到他們是大塊、隨機(jī)尺寸、粗糙的邊緣。他們不會(huì)相互流過，在制造過程中需要一個(gè)脈沖機(jī)制或一個(gè)攪拌器，這將使制造商在生產(chǎn)線上耗費(fèi)更多的精力。”Anderson說道。
Ames粉末已被證明是一個(gè)有效的替代品，在過去二十年中獲得了超過16項(xiàng)專利的實(shí)驗(yàn)室，甚至促使一家分公司IPAT的產(chǎn)品加速上市。在細(xì)節(jié)方面，氣體霧化是依靠高壓氣流將金屬分解成微小顆粒的粉末。金屬在實(shí)驗(yàn)室通過感應(yīng)爐熔化，然后進(jìn)入霧化噴嘴。從氬氣到氦氣的幾種氣體射流以緊密圖案聚焦在熔融金屬上，迫使液化金屬直接與氣流的強(qiáng)大動(dòng)能耦合。該過程產(chǎn)生受控液滴噴霧，然后隨著液滴冷卻而快速固化。其結(jié)果是一致的尺寸且光滑的球形粉末顆粒。該粉末甚至可以根據(jù)不同的行業(yè)和研究的需要進(jìn)行定制。
使用氣體霧化法，Ames實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)生產(chǎn)粉末狀的鐵、鋁、鎳、銅、錫、鎂等。鈦仍然是其主要成就之一，同時(shí)，該材料也是3D打印中搶手的金屬之一。
“鈦工業(yè)對(duì)粉末冶金和終形狀固結(jié)方法非常感興趣，”White說。“他們認(rèn)為粉末冶金的進(jìn)步是一種有效的成本控制策略，通過使零件形成接近終的形狀，并盡量減少?gòu)U鈦。展望未來，Ames實(shí)驗(yàn)室希望進(jìn)一步擴(kuò)大其粉末生產(chǎn)能力。終目標(biāo)是在一個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生高達(dá)200磅的粉末。戰(zhàn)略舉措將使規(guī)模足夠大，而且可以為研究和行業(yè)合作伙伴使用提供適當(dāng)?shù)臉颖疽?guī)模。
3D打印行業(yè)將從這一擴(kuò)張中受益匪淺，因?yàn)锳mes實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在尋求將自己定位為定制金屬粉末的供應(yīng)商。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)微調(diào)氣體霧化過程。
