头脑风暴:如何降低金属3D打印粉末成本?
中航迈特:
从原材料、制造工艺入手是降低金属3D打印粉末制造成本的有效路径,航空航天用合金粉末需要采用预合金化的棒料或者丝材做原材料,以达到成分均匀化、合金纯净化的目标,通过高水平制粉、打印及热处理,使得合金材料性能得到最大提升。航空航天用合金粉末材料主要用于结构零件的制造,材料品质是关键。选择上游元素料,通过配料实现短流程制粉可以明显降低3D打印粉末成本,但是元素料的合金化与提纯非常必要,否则材料性能极不稳定。合金原材料的熔炼一般需要VIM、ESR、VAR等工艺过程,高合金化元素一般经过两联熔炼工艺,以确保合金冶金质量,但是每增加一道工序,成本有明显增加,这也是3D打印合金粉末降本的难点,既要保证航空航天品质,又要降低成本,这需要创造性的技术攻关。
中航迈特这样做:金属3D打印工艺过程具有很强的离散性,要求合金粉末原材料成分窗口窄、理化性能非常稳定,要打通从材料成分设计、母合金制备、雾化制粉、打印、热处理等全链条材料工艺技术,这是加快3D打印技术应用推广的关键。降本不能以牺牲材料性能和质量为代价,应该做高端国产材料。中航迈特在超高纯净度母合金低成本制造和短流程高能雾化制粉方面下手,在保证原材料冶金质量的同时,降本增效,为用户节约材料成本,推动行业发展。采用元素料低成本制备3D打印合金粉末,在民用场景可开展应用验证研究,积累数据。
威拉里:
关于降低金属粉末材料成本方案路径的探讨
1、真空气雾化方面(VIGA)
① 自动化
目前的制约成本最主要的因素还是生产效率,生产及后处理系统流程未打通,而打通流程让装备实现自动化,是降低成本最为直接也是必须要进行的。
② 装备升级
金属粉末制备的装备在 上料、监控、工艺操作、关键点智能化方面得到升级,将在粉末的品质、收得率、稳定性上得到大大提升,大大降低成本。
③ 余粉应用的开发
3D打印工艺对金属粉末材料要求的粒度范围很窄,而气雾化制备的金属粉末是一连续的正态分布的粒度区间。筛取3D打印使用的粉末产品后,大约余下70%的金属粉末,而这些粉末的品质和筛取的粉末产品相当,如果得不到应用则会产生较大的成本积压。因此,随着余粉的应用得到开发,也将会大大降低3D打印用金属粉末的成本。
2、电极感应熔炼雾化(EIGA)
①氩气回收装置
高纯氩气是EIGA的主要成本之一,因此氩气的回收利用将会大幅降低EIGA装置产品的成本(以钛合金为例,大约降低约40-50%的成本)。
② 连续进料
EIGA装置使用的原材料为合金棒材,能否实现合金的连续进料,将会对生产效率和成本,产生较大的影响。
③原材料渠道的多元化
EIGA 装置的原料合金棒一般经过了,矿冶、多次熔炼、浇铸、成型等工序,可以考虑在工艺上进行改进突破缩短上游材料的生产流程,提高效率,降低成本。
中体新材:
在3D打印发展的过程中,设备、材料及应用相辅相成。早期的设备很昂贵、可以应用的领域有限,金属粉末材料用量小,成本高。而技术发展至今,伴随着医疗、航天航空、汽车领域这些市场进一步的发展,对于3D打印的原材料金属粉末的需求将会快速的增长,对细分领域的材料性能有了更高的要求的同时,对成本控制也有了进一步要求。
中体新材认为,3D打印金属粉末的成本,其中原材料本身的成本占比并不是很高,而粉末的成分率,生产成本占的比重更大。因此我们要尽可能的提高符合不同技术类型的粉末的比例,提高收粉率。并且通过技术改进降低生产中比如电、气、人工等费用,同时实现自动化连续化生产,提高生产效率,从这些方面降低成本,提高公司竞争力。
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