3D打印机：从SLM低产出率，看支撑结构和废件

主题：3D打印机：从SLM低产出率，看支撑结构和废件的使用潜力。金属3D打印的产出情况，相信从事这个行业的很多公司都做过计算，据国内某3D打印服务商提供的统计数据，其年度金属零件净重与材料的总消耗（同种材料）之比由于材料的不同从1:3.8到1：2.5不等；另一医疗行业研究机构的金属3D打印材料产出比为1:1.5，通过这两项数据，我们可以知道金属SLM的材料产出率约为26%-67%，实际上多数情况不足50%。当然这个范围并不具备权威性，但却具有一定的代表意义，笔者计算了本单位的产出率也在这个范围之间。

SLM产生的支撑结构和浪费的粉末


这意味着，3D打印机虽说节省材料，但同样会造成大量的材料浪费。这些消耗的材料包括支撑结构、废件、被循环系统带走的金属粉末以及粉末筛分过程产生的损失，被循环使用多次的粉末，也需要混合新粉才能继续使用。


3D打印的高成本很重要的一个因素来自于材料，通常情况下，金属打印的支撑结构、废件以及污染的粉末无法再使用，企业多会丢弃而且要付处理费，也许有的企业会当做废金属变卖，也许还有其他的途径，但损失是极大的，我们也在此处做个统计。



在材料本身很昂贵的前提下，如此高额的浪费，造成了如今使用成本的高昂。那么这些打印后的支撑结构和废件，能否重复再使用呢？能用来做什么？金属粉末制造商6K Additive给出了答案。


▌使用CNC铣削、磨削废料，3D打印机支撑、废件生产优质金属粉末


6K所使用的工艺既不是已被广泛使用的气雾化法，也不是等离子旋转电极等方法，而是采用一种称为微波等离子体的制粉工艺。更为重要的是，它所使用的原料是CNC铣削和磨削的废料，并志在将功能扩展到3D打印的支撑结构、不合格的零件以及由于多次循环使用产生的不合格粉末。其目标是使用供应链中100％的3D打印材料，为增材制造应用端提供一种新的方式来管理项目成本和控制供应链，同时还可以促进增材制造向循环经济发展。

促进增材制造向循环经济发展


据6K CEO介绍，气雾化法至少有50％的成本来自粉末的产量损失，而微波等离子体工艺的制粉效率高达90-95％。该工艺能够非常精确地控制金属熔化成液滴的环境条件，通过调整时间、温度和流量大小，可以产生大量近乎完美的球形金属颗粒。

微波等离子体的制粉工艺原理


制粉原料的低成本及极高的制粉效率，导致了粉末成本的下降。进一步的，这种效益又蔓延至应用端，用户的使用成本也因此而降低，由于浪费造成的损失也得以降低。粉末成本，影响了整个生产周期的成本。


▌可用于SLM、EBM、粘结剂喷射等3D打印机工艺


上月，6K Additive推出了其采用微波等离子工艺和机加工废料为原料生产的高级In718镍基高温合金粉末，同时，基于该工艺6K公司还推出有钨、钼、17-4PH不锈钢、IN625以及TC4等粉末产品。除此之外，6K公司还在开发3D打印用非共晶合金粉末，如高熵合金、特种铝合金等。

6k微波等离子体工艺已生产的粉末

据介绍，由于微波等离子体的高度均匀性，该工艺生产的粉末具有高球形度、零孔隙率，高流动性和振实密度，并且消除了卫星粉。通过金属回收策略，6K将粉末分级为不同的制造工艺用粉，如SLM、EBM、粘结剂喷射、激光粉末沉积以及粉末冶金等工艺。其接近100％的细粉收得率是气雾化工艺的3-4倍。

使用Onyx In718打印的火箭喷嘴

在材料性能方面，美国领先的增材制造研究和先进制造解决方案提供商Castheon介绍，使用6K的In718粉末获得的材料强度和延伸率比此前都要高，热处理后可以获得各向同性的晶粒结构和性能。

Castheon使用Onyx In718打印的涡轮叶片

END

目前，6K Additive团队每年可以在航空航天、医疗和汽车行业回收和销售超过500吨的Ti-64，这为该公司提供了大量的工程原料。

回到话题本身，用于金属增材制造材料的匮乏是批量生产的重要限制因素，这是一个恶性循环：需求放缓意味着更少的材料开发，进而导致应用受限。虽然发展缓慢的原因很多，但成本一直备受诟病。6K所提供的3D打印机废料再利用方案，不仅仅防止了材料浪费，降低了企业成本，更在于真正将金属打印打造成为循环经济。