用于增材制造（3D 打印）的金属粉末除尘

最新的分级技术 

3D打印行业飞速发展。在汽车工业、飞机制造、 模具制造和样品制作等领域，越来越多的产品制造都基于增材制造工艺。 

3D 打印 可按预设的特征参数制造出复杂的外型，包括很多传统工艺无法生产或者必须多个部件焊接或拼装才能结合在一起的复杂部件。

优势非常明显：

• 零部件更轻 (重量最高可节约80%)
• 零部件更小
• 质量可控，不良率更低
• 零部件的特性得到改善。外形复杂的产品的生产得以实现
• 研发周期更短，设计完成后可立刻生产出样品
   

目前的金属3D打印工艺是基于20-100 μm厚的金属粉末层，利用激光熔化金属粉末颗粒， 层层增加生成所需产品的过程。整个生产时间为 2 – 24小时不等，这意味着这种方法仍然不适用于连续、大规模生产。

生产应用于„增材制造“（3D打印）的高质量的金属粉体有几种生产方法， 如水，气雾化法和旋转电极离子雾化法。但是， 金属 3D 打印所需要的是精准而又极窄的粒径分布的金属粉体， 是无法直接通过上述工艺直接获得的。 因此，雾化工艺取得的物料需要进一步分级， 确保能得到极窄的粒径分布，从而适用于各种不同的应用。

来自耐驰的解决方案

为了保证生产出高质量的为了保证可以生产高质量的产品，原料极窄的粒径分布非常重要，通常使用的是20 到60 μm的颗粒。

因此， 分级技术在整个工艺中起着很重要的作用。

耐驰 CFS/HD-S 系列分级机可以很好地实现这个功能，通过筛分不同粒径大小的颗粒，可得到不同粒径分布的粉体。目前，耐驰已经可通过实际实验来向客户验证这一效果。从满足全球市场的需求来看，每个客户在规划类似的增材制造项目时，都需要考虑各种不同的粉体，如不锈钢或者钛粉，如此方可满足各种客户对于不同应用方向的应用挑战。因此，对于分级设备来说，易于操作从长远角度看也非常重要。

测试是在实验室分级机CFS 8/HD-S（约80 Nm³/h风量）上进行的。由于不锈钢粉末的堆积密度高达4.5 kg/l，因此需要较低的分级机速度（约为最大速度的17%）。细粒部分被快速且可靠地分离出来，在最终产品中，5%的除尘产品粒径大于21µm，因此超出15µm部分约25%（见图1和图2）。评估除尘性能的下一个重要标准是收率，因为在实际应用中，分离出的粉尘通常不会被使用。在本测试中，收率达到了惊人的98.7%，这意味着产品损失仅为1.3%。

分级机的整体设计中有一个创新要素就是密闭回路系统，这意味着物料能通过旋风分离器完全分离，物料本身的高密度使得这也成为可能。无需集成粉尘捕集器，得益于这一点，系统的清洁工作和产品更换非常简便，产品的更换，客户能快速收集起不同类型的物料。

因为使用耐驰 CFS/HD-S 分级机能显著加快分级速度，并且操作更加可靠，可替代客户现有的筛分技术。事实上，现有的筛分技术由于筛分能力的缺陷，已经无法满足超细粉的筛分功能。从筛网的低效率和经常堵塞就可以看出。此外，如果要快速分级总量超过100 kg的小颗粒，同时又要保证分级的质量，CFS/HD-S 可以最大化地满足该需求。基于此，粉末供应商可以很容易满足不同客户的各种不同需求。

应用示例——3D打印用钛粉（Ti6Al4V）的除尘

3D打印原材料中最常见的合金之一是钛合金Ti₆Al₄V，其特点是具有优异的机械性能。该材料在重量轻的情况下具有最高的强度值，因此被用于要求苛刻的航空航天应用，并且还具有耐腐蚀性。钛合金还因其极好的生物相容性而被用于医疗技术，例如作为植入物。

为确保3D打印部件的特性始终如一，粉末必须具有高球形度、表面光滑无伴生颗粒且粒度分布均匀。例如，这种球形钛或钛合金粉末可通过等离子体雾化技术生产。在该过程中，由待雾化合金制成的金属丝被送入等离子体炬中，通过一步熔化和雾化。在此过程中，伴生小颗粒也可能附着在粉末上（图3 进料），这会对3D打印过程产生负面影响，因此最好再次进行分离。

通过在改进型m-Jet高能高密气流磨中进行加压处理，可以将这些附着的小颗粒从颗粒表面去除。此过程在保护气体氛围下进行，因为还需要保持较低的残余氧含量。

处理前后产品的扫描电子显微镜（SEM）图像（图3）清楚地表明，附着的小颗粒已被去除。

高效精细分级机CFS/HD-S 

耐驰高效精细分级机 CFS/HD-S（高分散型）因其分级后的粒径分布曲线锐度高、能精准控制粒径且产品流量非常特定，因此工作效率极高。分级后的粗粒物料与进料在分级机内不会发生混合。

通过特别设计的机壳，实现了吞吐量的显著提升：机壳的螺旋形设计优化了装置内的产品流动。这使得大量粗粒物料能够无阻碍地从产品出口排出。铰链式舱门和可拆卸导叶环保证了机器易清洁性。

• 导向叶片环，配备可调节叶片，用于在分级前高效分散喂料产品
• 分级轮配备可更换、可同时旋转的浸没管，以实现最高细度，且调节范围无限制
• 分级轮与细粒出口之间的间隙用气体吹扫，以最大程度防止细粒级分中出现过大物料
• 极佳的分级效果，有助于提高细粒提取效率
• 仅用一个分级轮即可实现最高细度和最大产量
• 非常便于快速、轻松地进行清洁和维护
• 结果可重复

结论 

根据产品的不同，增材制造等新技术总是对所使用的机器技术提出新的要求。机械工艺工程领域的机器制造商在解决与产品相关的新任务以及机器和系统的技术设计时，都会将这些要求纳入考量。在耐驰应用实验室，该实验室配备了最新技术，是综合服务范围的一部分，可以进行测试运行，例如，使用从实验室到生产规模的各种尺寸的技术进行测试。产品样品在生产条件下进行处理，并对其行为进行分析，以便以最高效率获得最佳结果。