Ames實驗室借氣體霧化法生產金屬3D列印材料

OFweek3D列印網訊 設在愛荷華州立大學的Ames實驗室是由美國能源部管理，該實驗室製造出了完美的金屬粉末材料。雖然金屬粉末的創新可能看起來很小，但它對3D列印行業的影響是巨大的。

對於那些沒有意識到的人來說，金屬3D列印是當今增材製造中增長最快的趨勢之一。直到最近，金屬3D列印材料已經降級到工業和非常昂貴的印表機領域。但是，在過去幾年中，3D列印金屬的可能性在低價上出現了飛躍。

早在2015年，一家位於威斯康星州的創業公司Virtual Foundry就推出了一項名為Filamet的金屬3D列印材料的Kickstarter活動。在活動成功后，Virtual Foundry的Filamet公開上市，使任何人都能使用桌面3D印表機列印金屬，並為金屬3D列印行業的許多競爭對手敞開了大門。

從那時起，創新不斷湧現。就在不久前的CES展上，總部位於馬薩諸塞州的Markforged公司在金屬競賽中脫穎而出，推出了一種新的、相對便宜的金屬3D列印技術，也被稱為原子擴散添加劑製造（ADAM）方法，以及他們令人印象深刻的新型印表機：Metal X．

現在，著名的Ames實驗室正在尋找給金屬3D列印的另一個重大的提振。由他們最先進的氣體霧化方法生產的金屬粉末材料，Ames實驗室的金屬粉末由完美光滑的球形顆粒組成，是金屬3D列印的理想材料選擇。

一個簡單的沙漏測試揭示了該材料的好處。Ames Lab的冶金學家Iver Anderson和Emma White喜歡向訪客展示定製沙漏中的金屬粉末樣品。當沙漏翻轉時，客人可以看到Ames的金屬粉末和傳統製造的金屬粉末之間的區別。傳統製造的粉末不是很流暢地通過沙漏的頸部，而且當停止和啟動，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、隨機尺寸、粗糙的邊緣。他們不會相互流過，在製造過程中需要一個脈衝機制或一個攪拌器，這將使製造商在生產線上耗費更多的精力。」Anderson說道。

Ames粉末已被證明是一個有效的替代品，在過去二十年中獲得了超過16項專利的實驗室，甚至促使一家分公司IPAT的產品加速上市。在細節方面，氣體霧化是依靠高壓氣流將金屬分解成微小顆粒的粉末。金屬在實驗室通過感應爐熔化，然後進入霧化噴嘴。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大動能耦合。該過程產生受控液滴噴霧，然後隨著液滴冷卻而快速固化。其結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不同的行業和研究的需要進行定製。

使用氣體霧化法，Ames實驗室已經生產粉末狀的鐵、鋁、鎳、銅、錫、鎂等。鈦仍然是其主要成就之一，同時，該材料也是3D列印中最搶手的金屬之一。

「鈦工業對粉末冶金和最終形狀固結方法非常感興趣，」White說。「他們認為粉末冶金的進步是一種有效的成本控制策略，通過使零件形成接近最終的形狀，並盡量減少廢鈦。展望未來，Ames實驗室希望進一步擴大其粉末生產能力。最終目標是在一個生產運行中產生高達200磅的粉末。戰略舉措將使規模足夠大，而且可以為研究和行業合作夥伴使用提供適當的樣本規模。

3D列印行業將從這一擴張中受益匪淺，因為Ames實驗室已經在尋求將自己定位為定製金屬粉末的供應商。同時，實驗室繼續微調氣體霧化過程。