3D打印(Three Dimensional Printing)是快速成型技術之一。利用粉末狀塑料或金屬等可粘合性材料，通過離散堆積原理，根據(jù)三維實體模型，通過分層軟件，按一定厚度進行分層，將三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)換成厚度很薄的二維平面模型，再逐層打印構成實物的技術。

鈦合金具有高強度，低彈性模量和低密度，極好的抗疲勞性和耐腐蝕性等優(yōu)點，迅速增長的激光3D打印行業(yè)的領先材料，特別得到航空航天和醫(yī)療領域的青睞。鈦合金根據(jù)退火態(tài)下組織分為α型、β型及α+β型三類。牌號是“T”后分別跟A、B、C和順序數(shù)字號，如TA4～TA8表示α型；TB1～TB2表示β型；而TC1～TCl0表示α+β型。α型鈦合金室溫強度較低(  σ_b約850 MPa)，但高溫(500～600℃)強度(500℃時，σ_b=400 MPa)和蠕變強度卻居鈦合金之首；且該類合金組織穩(wěn)定，耐蝕性優(yōu)良，塑性及加工成型性好，還具有優(yōu)良的焊接性能和低溫性能；β型鈦合金在淬火態(tài)塑性韌性很好，冷成型性好；但該合金密度大，組織不夠穩(wěn)定，耐熱性差，使用不太廣泛；α+β型鈦合金兼有α型及β型鈦合金的特點，有非常好的綜合性能，應用最為廣泛。

TC4鈦合金的組成為Ti-6Al-4V，屬于(α+β)型鈦合金，具有良好的綜合力學機械性能，比強度大、耐腐蝕性能優(yōu)良，生物相容性好等而被廣泛應用于航空航天、石油化工、生物醫(yī)學等領域。本文對3D打印鈦合金粉末幾種主要的制備方法進行比較，選擇 等離子旋轉(zhuǎn)電極法制備鈦合金粉末，并討論了鈦合金粉末成球機理，對其微觀組織的演變規(guī)律進行了探索性研究，討論了主要的熱處理方法，為3D打印技術TC4鈦合金的應用提供必要的理論基礎。

3D打印材料TC4合金粉末的制備方法

3D打印按材料不同有不同類型，其中金屬粉末作為3D打印的主要原料之一，需采用純度較高的金屬粉體作原料，粉體的相關參數(shù)如化學成分、顆粒形狀、粒度大小及粒度分布、流動性等對3D打印成型的質(zhì)量有很大影響。鈦及鈦合金材料以其特有的性 能，被制備成粉末后，滿足3D打印金屬材料的要求，但制備的難度也很大。目前，較為成熟的3D打印鈦合金粉末制備的主要技術有：等離子旋轉(zhuǎn)電極法、等離子絲材和氣體霧化法等。

鈦合金粉末經(jīng)3D打印生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，性能具有硬度高、熱膨脹系數(shù)低和良好的耐腐蝕性等優(yōu)點。

比較鈦合金粉末主要的三種制備方法

1、等離子旋轉(zhuǎn)電極法

此制備方法是電極用金屬或合金制成，端面受電弧加熱熔融為液體，在自身高速離心力作用下，將液體拋出粉碎為細小液滴，然后冷凝成粉末，這種工藝制備可以調(diào)整電極轉(zhuǎn)速控制粉末粒徑，是獲得較為理想的球形粉末方式之一。具有球形度高，粉末流動性好，送裝密度高，表面光潔等特點，打印過程控制可靠，不易產(chǎn)生析出性氣體、裂紋等缺陷。但由于離心速度的限制，制得的鈦合金粉末粒度較粗，且粒度分布區(qū)間相對集中，成本較高，生產(chǎn)率低。

2、等離子絲材霧化法

此制備方法是以不同的合金絲材為原料，經(jīng)工藝加工為球形粉末方法。最早由加拿大Raymor公司自主開發(fā)，并擁有自主制造設備，在業(yè)內(nèi)有一定的影響力。采用這種技術生產(chǎn)的球形粉末細粉具有出粉率高，雜質(zhì)少，工作效率高等優(yōu)點，適合鈦合金粉末研制，但也有微量“衛(wèi)星球”和極少量的粘附現(xiàn)象，對使用性能影響不明顯。

3、氣體霧化法

氣體霧化法是借助高速氣流來擊碎金屬液流，快速凝固后形成粉末的方法，此方法只需克服液體金屬原子間作用力就能使之分散，任何能形成液體的材料基本上都可進行霧化，目前應用較多的有真空霧化法和惰性氣體霧化法。氣體霧化法制備的鈦合金粉，具有快速凝固成型，粉末顆粒無空心、球形度較好等特點，但出粉率低，生產(chǎn)成本高。現(xiàn)階段國內(nèi)大多采用的霧化技術生產(chǎn)鈦及鈦合金粉末，出粉率都不高。

1.2 不同制備工藝比較

上述幾種球形鈦及鈦合金粉末制備方法是當前國內(nèi)外研究和生產(chǎn)試驗的主流方向，第一種方法設備造價低，制得的鈦合金粉末球形度好，但得到的粉末粒度較粗，這個可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)控制粉末粒度的粗細。第三種制得的合金粉末球形度好粒度小，制備種類也較多，但國內(nèi)應用技術還不是很成熟。氣體霧化法粉末顆粒細，粉末含氧量低，對原料沒有特殊要求，但生產(chǎn)成本較高。

幾種制備方法各有優(yōu)缺點，經(jīng)分析比較，選用等離子旋轉(zhuǎn)電極法霧化制備鈦合金粉末，效果顯著。

相關鏈接