用于 3d 打印的镍合金粉末
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用于 3D 打印的镍合金粉末概述
3D 打印，又称 快速成型制造三维打印技术为航空航天、汽车、医疗和消费品等行业的产品设计和制造带来了革命性的变化。与去除材料的传统减材制造不同，3D 打印是根据数字 3D 模型逐层制造部件。
粉末床熔融技术是金属三维打印技术中最流行的技术之一，在这种技术中，热能可选择性地熔融粉末床的各个区域。无与伦比的设计自由度、买飞比和复杂零件的经济生产，推动了粉末床技术的广泛应用，例如 选择性激光熔化 (SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)和 电子束熔化（EBM）.
镍合金是一类用途广泛的材料，具有高强度、耐腐蚀和耐热等特性，是三维打印的理想材料。粉末床融合中最常用的镍合金粉末包括铬镍铁合金、不锈钢、哈氏合金、Nimonics、Kovar、Invar、蒙乃尔合金、镍钛合金和镍基超合金。
镍合金粉末的成分
镍合金的特性来源于其元素组成和微观结构。不同合金的镍含量从 2% 到 99% 不等。镍具有耐腐蚀、抗氧化和高温强度等特性。根据不同的应用，添加合金元素可增强特定的特性。
镍合金粉末成分
| 合金家族 | 镍含量 | 合金元素 |
|---|---|---|
| 铬镍铁合金 | 30-80% | 铬、钼、铌、钽、铝、钛、铁 |
| 不锈钢 | 2-20% | 铬、钼、锰、硅、碳 |
| 哈氏合金 | 35-60% | 钼、铬、钨、铁、钴 |
| 尼莫尼克 | 超过 50% | 铬、钛、铝、钼 |
| 科瓦 | 17% | 铁、钴、锰、硅 |
| 英华尔 | 36% | 铁 |
| 蒙乃尔 | 超过 67% | 铜、铁、锰、硅、碳 |
| 镍钛 | 55% Ni、45% Ti | – |
| 镍超合金 | 超过 50% | 铬、钴、钼、钨、钽、铝、钛、铌 |
不锈钢和镍超合金中的铬含量可提高抗氧化性和耐腐蚀性。钼、钨和钽可提高蠕变强度和高温机械性能。Kovar和Invar等合金中的铁可控制热膨胀行为。添加铝、钛和铌可实现沉淀硬化。锰能提高热延展性，而碳则能增强强度和硬度。硅有利于流动性和可焊性。
了解合金如何影响微观结构的形成和性能，有助于为应用选择最佳材料。在打印关键部件之前，对粉末成分和质量进行适当的表征和鉴定至关重要。
镍合金粉末的特性
用优化粉末印制的镍合金具有独特的性能，可用于各种应用和极端环境。下表总结了常见合金系列的一般特性。
镍合金粉末家族的特性
| 合金家族 | 密度 | 熔点 | 拉伸强度 | 导热性 | 热膨胀 | 抗氧化性 | 耐腐蚀性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 铬镍铁合金 | 8.2-8.4 克/立方厘米 | 1300-1450°C | 750-1380 兆帕 | 11-16 W/mK | 12-16 μm/m°C | 优秀 | 优秀 |
| 不锈钢 | 7.5-8.1 克/立方厘米 | 1375-1500°C | 450-1100 兆帕 | 15-30 W/mK | 10-18 μm/m°C | 良好 | 良好-优秀 |
| 哈氏合金 | 8.1-9.2 克/立方厘米 | 1260-1350°C | 550-1000 兆帕 | 6-22 W/mK | 12-16 μm/m°C | 良好-优秀 | 优秀 |
| 尼莫尼克 | 8.1-8.7 克/立方厘米 | 1260-1400°C | 500-1200 兆帕 | 10-30 W/mK | 12-17 μm/m°C | 良好 | 良好 |
| 科瓦 | 8.2 克/立方厘米 | 1450°C | 550 兆帕 | 17 W/mK | 5.9 μm/m°C | 贫穷 | 贫穷 |
| 英华尔 | 8 克/立方厘米 | 1427°C | 200-450 兆帕 | 10.5 W/mK | 1.2 μm/m°C | 公平 | 公平 |
| 蒙乃尔 | 8.8 克/立方厘米 | 1350-1370°C | 550-950 兆帕 | 21-48 W/mK | 13-17 μm/m°C | 公平 | 优秀 |
| 镍钛 | 6.4 克/立方厘米 | 1240-1310°C | 600-900 兆帕 | 8-18 W/mK | 11 μm/m°C | 公平 | 优秀 |
| 镍超合金 | 8-9 克/立方厘米 | 1260-1350°C | 750-1400 兆帕 | 11-61 W/mK | 12.5-17 μm/m°C | 良好-优秀 | 一般-良好 |
镍合金的高熔点可防止零件在加工过程中发生扭曲或变形。在较宽的温度范围内都能保持一定的强度，从而实现承重结构应用。受控的热膨胀特性使得精密部件的公差很小。出色的耐腐蚀性和抗氧化性有助于在海洋、化工、石油和天然气等恶劣环境中使用。
通过调整粉末成分和工艺参数，可以优化材料性能以满足设计要求。然而，增材制造的各向异性会导致材料性能与方向有关。正确的设计和质量保证是实现理想性能的关键。
镍合金粉末的应用
镍合金的多功能性使其适用于航空航天、国防、汽车、船舶、石油和天然气、化学加工、发电、医疗、工具和其他通用工程领域的各种应用。
行业 镍合金粉末的应用 家庭
| 合金家族 | 行业应用 |
|---|---|
| 铬镍铁合金 | 航空航天、国防、汽车、化学加工、石油和天然气、发电、火箭、导弹、核能 |
| 不锈钢 | 航空航天、国防、汽车、医药、海洋、建筑、化工、食品加工、工具、模具 |
| 哈氏合金 | 航空航天、国防、化学处理、污染控制、发电、石油和天然气 |
| 尼莫尼克 | 航空航天、国防、发电、化学加工、模具 |
| 科瓦 | 电子、半导体、集成电路、封装 |
| 英华尔 | 电子、光学、精密仪器、航空航天 |
| 蒙乃尔 | 海洋、石油和天然气、化学加工、发电、纸浆和造纸 |
| 镍钛 | 医疗设备、执行器、传感器、航空航天、石油和天然气 |
| 镍超合金 | 航空航天、国防、发电、石油和天然气、汽车、模具 |
通过 3D 打印技术生产的镍合金部件包括
- 航空航天：涡轮叶片、喷嘴、燃烧器、阀门、支架、热流体组件
- 汽车：涡轮增压器转子、歧管、阀门、传动系统部件
- 医疗：植入物、假肢、手术器械、病人专用设备
- 石油和天然气：井下工具、阀门、井口部件、管件
- 工具：注塑模具、挤压模具、夹具、冲压工具
- 一般：热交换器、流体处理部件、紧固件、外壳、机柜
三维打印镍合金具有出色的材料特性、复杂的几何形状、更短的交付周期、更低的成本和设计灵活性，因此在许多关键应用领域都非常具有吸引力。
镍合金粉规格
镍合金粉末在市场上有各种尺寸分布、形态和质量等级，可满足 3D 打印要求。常见规格如下：
典型镍合金粉末规格
| 物业 | 典型值 |
|---|---|
| 合金成分 | 定制合金，等级符合 ASTM/ASME 标准 |
| 粒子形状 | 球形、近球形 |
| 颗粒大小 | 10-45 微米 |
| 粒径分布 | D10: 15-25 μm，D50: 25-35 μm，D90: 35-45 μm |
| 表观密度 | 2.5-5.5 克/立方厘米 |
| 水龙头密度 | 4-8 克/立方厘米 |
| 流动性 | 霍尔流量计性能卓越 |
| 剩余氧气 | 百万分之 100-400 |
| 残余氮 | 50-150 ppm |
| 残碳 | 百万分之 100-300 |
球形形态和窄粒度分布（D10、D50 和 D90 值在特定印刷工艺的理想范围内）有助于实现良好的密度和机械性能。高流动性可防止粉末结块和重涂时的铺展性问题。低残留氧、氮和碳可最大限度地减少污染和气孔。
粉末质量、粒度参数和其他特性对最终零件性能有重大影响，必须符合印刷商和应用要求。大多数供应商提供定制合金成分和颗粒优化，以满足用户的规格要求。
镍合金粉末三维打印方法
加工镍合金粉末最常用的快速成型制造方法包括
镍合金粉末印刷工艺
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| 选择性激光熔融（SLM） | 聚焦激光束熔化粉末床 |
| 直接金属激光烧结（DMLS） | 与 SLM 相似，但激光功率较低 |
| 电子束熔化（EBM） | 真空电子束熔融粉末床 |
| 激光金属沉积 (LMD) | 将粉末注入激光产生的熔池中 |
| 定向能量沉积 (DED) | 与 LMD 相似，采用粉末或金属丝进给 |
| 粘结剂喷射 | 选择性印制在粉末床上的液体粘接剂 |
SLM 和 DMLS 使用高功率密度激光将金属粉末完全熔化成致密的分层零件。EBM 使用电子束作为动力源，在真空条件下制造零件。线进 LMD 使用聚焦激光熔化进入的金属线材。粘合剂喷射技术通过打印液体粘合剂来形成零件，然后进行烧结。
具体选择哪种技术取决于零件尺寸、几何形状复杂程度、表面光洁度、特征分辨率、生产率和成本等因素。每种工艺都需要根据粉末合金成分优化打印机设置和参数。
镍合金粉末工艺参数
需要优化密度、强度、精度和表面光洁度的镍合金关键打印机参数包括
典型 SLM/DMLS 工艺参数
| 参数 | 典型范围 |
|---|---|
| 层厚度 | 20-60 μm |
| 激光功率 | 100-400 W |
| 扫描速度 | 400-1200 毫米/秒 |
| 舱口间距 | 80-200 μm |
| 光束尺寸 | 50-200 μm |
| 扫描策略 | 国际象棋、条纹、轮廓 |
| 支持结构 | 常规、零散、混合 |
典型的 EBM 工艺参数
| 参数 | 典型范围 |
|---|---|
| 层厚度 | 50-200 μm |
| 电子束功率 | 3-15 千瓦 |
| 速度功能 | 20-200 毫米/秒 |
| 线路偏移 | 0.1-0.3 毫米 |
| 焦点偏移 | 15-35 毫安 |
| 扫描策略 | 单向、双向 |
| 支持结构 | 常规，重型 |
较低的层厚度和光束尺寸与较高的扫描速度相配合，可提高分辨率、精度和表面光洁度。通常使用国际象棋或条形扫描模式。周边轮廓可提高边缘质量。优化的支撑结构可防止变形，但更易于移除。预热和粉末回收可提高密度和材料质量。
三维打印镍合金的优势
与传统制造相比，使用优化镍合金粉末的快速成型技术具有许多优势：
- 设计自由:机械加工无法实现的复杂几何形状
- 减轻体重:通过拓扑优化实现组件轻量化
- 部分合并:通过印刷复杂形状减少装配
- 定制:与患者匹配的医疗器械、工具
- 减少浪费:只使用所需的材料量
- 缩短交货时间:数周与数月的生产工具
- 工艺灵活性:易于设计迭代和优化
- 性能优势:各向异性强度、嵌入式特征
- 降低成本:消除模具成本，小批量生产
- 买飞比:只打印最终部件与从块料加工相比
三维打印技术扩展了设计范围，实现了传统技术无法实现或不经济的新型镍合金部件。它正在彻底改变航空航天、医疗、汽车和其他行业的生产方式。
镍合金粉供应商
目前，大多数主要的金属粉末制造商都提供一系列针对快速成型制造进行了优化的镍合金粉末。一些主要供应商包括
主要镍合金粉供应商
| 供应商 | 主要合金牌号 |
|---|---|
| Met3DP | 铬镍铁合金 625、718、哈氏合金 X、不锈钢 |
| 山特维克 | Osprey 不锈钢、超级合金、钛合金 |
| 普莱克斯 | 铬镍铁合金 718、625、哈氏合金 X、不锈钢 |
| AP&C | 铬镍铁合金 718、625、不锈钢 |
| LPW 技术 | 铬镍铁合金 718、不锈钢、镍超合金 |
| SLM 解决方案 | 不锈钢 316L、17-4PH、镍超合金 |
| 通用电气添加剂 | 不锈钢 316L、铬镍铁合金 718、625、哈氏合金 |
供应商可提供各种粒度分布、优异的粉末流动性、低氧和低水分含量、批量可追溯性以及根据工艺和应用要求定制的合金。大多数供应商还提供专门的表征，以确保始终如一的高质量粉末。
镍合金粉成本
常见镍合金粉末的平均成本概述如下：
镍合金粉末成本
| 材料 | 每公斤费用 |
|---|---|
| 铬镍铁合金 718 | $75-150 |
| 铬镍铁合金 625 | $60-120 |
| 不锈钢 316L | $35-70 |
| 不锈钢 17-4PH | $45-90 |
| 哈氏合金 X | $85-170 |
| 镍超合金 | $90-200 |
铬镍铁合金 718 和哈氏合金 X 等高性能合金价格较高，而不锈钢往往是成本最低的选择。然而，材料成本只是零件总成本的一个组成部分。设计灵活性、性能优势和缩短交货时间所带来的增值往往会抵消小批量生产中较高的粉末价格。
大量购买粉末可以降低成本。许多供应商还提供粉末再利用和回收服务。总之，在选择合适的镍合金粉末时，买家必须评估包括劳动力、后处理、材料利用、机械性能和其他因素在内的总成本。
批发价: $20/Kg-$200/Kg
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关于 3D 打印金属粉末的常见问题
如何联系 Metal3DP 客户服务部门？
我们提供全天候客户支持。您可以在 "联系我们 "页面找到我们的详细联系方式，包括电话、电子邮件和在线聊天。
Metal3DP 提供哪些金属粉末材料？
我们提供各种优质金属粉末，包括不锈钢和高温合金，适用于激光和电子束粉末床熔化等工艺。
Metal3DP 如何确保 3D 打印金属粉末的质量？
我们拥有丰富的金属快速成型制造专业知识，采用先进的工艺和严格的质量控制，确保零件的机械性能和表面质量。
Metal3DP 的 3D 打印设备应用于哪些行业？
我们的设备广泛应用于航空航天、医疗、汽车等行业，为制造业中的高性能金属部件提供解决方案。
Metal3DP 是否提供定制合金选项？
是的，我们提供定制合金服务，以满足客户对特定材料的要求。
Metal3DP 的 SEBM 系统有哪些优势？
我们的 SEBM 系统在生产具有优异机械性能的复杂金属零件方面表现出色。其主要特点包括业界领先的制造量、精度和可靠性。
我能在 Metal3DP 网站上找到应用案例吗？
是的，我们的网站展示了大量应用案例，展示了 Metal3DP 技术在各行各业的成功应用。
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请与我们联系，我们的团队将根据您的需求为您提供量身定制的解决方案和协作计划。
Metal3DP 定制服务的周转时间是多久？
定制服务的周转时间视项目复杂程度而定。我们将根据您的要求提供准确的交付时间。
Metal3DP 提供哪些 3D 打印技术？
我们擅长选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔融（SLM）和选择性电子束熔融（SEBM）等三维打印技术。
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