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北京中航迈特公司成功研发3D打印TiNi记忆合金粉末材料

2017-01-06 10:27:33
作者:本网整理
来源:网络

3D打印材料对于3D打印的重要性,相当于水之于鱼。而推动专业的3D打印应用进步的关键之一,特别是涉及到这种技术终端级应用时,就是基于材料解决方案的开发。

    3D打印材料对于3D打印的重要性,相当于水之于鱼。而推动专业的3D打印应用进步的关键之一,特别是涉及到这种技术终端级应用时,就是基于材料解决方案的开发。


    TiNi合金是目前形状记忆合金中研究最全面、记忆性能最好的合金材料,由于其具有优异的形状记忆效应与超弹性、高阻尼性、高耐腐蚀性、良好的生物相容性等特点,成为备受关注的新型功能材料,广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。然而TiNi合金的高熔点、高活性、传统机加工复杂且性能差严重制约了合金的性能提高和进一步应用推广。


    3D打印(3D printing),是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”。该技术是以数字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。与传统工艺相比,金属3D打印有直接成型,无需模具,可以实现个性化设计并制作复杂结构。该项技术的出现为制备形状复杂的TiNi记忆合金结构件开辟了崭新的途径。


    球形TiNi合金粉末是3D打印TiNi合金结构件的原材料,也是该项技术的关键突破点。国内市场常见的TiNi合金粉末形状不规则、夹杂严重,很难满足3D打印对粉末原材料高纯度、高流动性、高球形度的要求。


    北京中航迈特公司在现有球形钛合金粉末制备技术的基础上,采用自主研发设计的真空电极感应气雾化制粉炉(如图1所示),成功研制出球形度高、流动性好、非金属夹杂物少的高纯球形TiNi记忆合金粉末,率先实现≤53μm细粉收得率的技术突破,填补国内球形TiNi记忆合金粉末研制的空白。

 

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图1 电极感应雾化装置制粉原理示意图


    粉末形貌如图2(a)所示,可以看出,粉末颗粒形状呈球形或近球形,颗粒之间基本无粘连且卫星颗粒极少。单个粉末颗粒形貌如图2(b)所示,由于气雾化过程冷却速率高,制备出粉末的组织均匀。图3为电极感应气雾化制备球形TiNi合金粉末的X射线衍射图谱,从图中可以看出,合金粉末均为TiNi相(B2有序相)。这表明电极感应雾化制备的TiNi合金粉末洁净度高,并且成分均一。经气体含量检测,15-53μmTiNi粉末的氧含量为371ppm,氮含量为35ppm。

 

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    图2 电极感应气雾化制备TiNi合金粉末SEM图。(a)粉末形貌;(b)单个颗粒粉末形貌

 

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    图3 TiNi合金粉末XRD衍射图谱


    在成功制备出高球形、高洁净度、组织成分均匀的合金粉末基础上,研发团队进一步优化TiNi合金粉末雾化工艺,提高粉末综合性能,实现量化生产,在满足国内需求同时出口欧美。在高端钛基粉末材料研发和应用方面,可以与欧美企业同台竞技。


    该型球形TiNi合金粉末同时适用于3D打印送粉工艺和铺粉工艺,使3D打印个性化人体介入医疗器械(如心血管支架、脊柱内固定物)制造成为可能。在此项技术的基础上,中航迈特将再接再厉,积极响应“十三五”科技创新计划,不断实现医疗器械3D打印专用粉末材料的突破,助力我国医疗卫生事业的发展。

 

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责任编辑:王元

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标签: 3D打印, 材料, TiNi, 记忆合金, 粉末

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