與所有制造過(guò)程一樣，最終產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于基材的特性和加工技術(shù)的精度。對于金屬3D打印，尤其是粉末床熔融工藝，即便有很多廠(chǎng)商已經(jīng)意識到在粉末生產(chǎn)、處理以及打印再到后處理的過(guò)程中應當進(jìn)行氣體保護，但對于此方面的研究幾乎未受到充分關(guān)注。一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是，對于采用不同的氣體保護，是否會(huì )取得不同的結果。

全球最大的工業(yè)氣體生產(chǎn)商林德集團和醫療領(lǐng)域增材制造的領(lǐng)導者法國3D Medlab公司合作，展開(kāi)了在特殊氣體氛圍下，對3D打印鈦合金點(diǎn)陣結構生產(chǎn)質(zhì)量的影響，雙方希望以此提高由Ti64制造的醫療產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因為像晶格這樣的結構必須穩定、具備所需的所有機械性能，最重要的是能夠維持細胞的生長(cháng)。然而3D打印過(guò)程中的煙塵和雜質(zhì)會(huì )導致零件中產(chǎn)生缺陷，即使氧氣含量的微小差異也會(huì )影響元素的穩定性，從而破壞材料的結構和化學(xué)特性。

該研究于2020年1月至2021年3月完成，雙方研究了新工藝氣體對Ti64晶格結構在激光粉末床熔融(L-PBF)過(guò)程中的飛濺形成、工藝穩定性及3D打印零件性能產(chǎn)生的影響。使用光學(xué)斷層掃描進(jìn)行的過(guò)程監控表明，與單獨使用氬氣相比，使用氬氣-氦氣混合氣體保護，顯著(zhù)減少了激光熔融過(guò)程中的飛濺。研究結果證實(shí)，這種氬氦混合氣體可將飛濺物的排放量降低35%，顯著(zhù)降低了缺陷的產(chǎn)生風(fēng)險并提高了零件的整體表面質(zhì)量。

林德增材制造粉末冶金專(zhuān)家表示：“可靠、可重復的3D打印能力是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，這對醫療行業(yè)至關(guān)重要。此外，從商業(yè)角度來(lái)看，打印時(shí)間是增材制造中重要的單一成本要素，但通過(guò)使用恰當的保護氣體可以提高薄壁零件的打印速度。林德的新型氬氦混合氣體正是為此而開(kāi)發(fā)，是鈦合金醫療器械制造領(lǐng)域向前邁出的重要一步?！?/span>

3D Medlab增材制造主管表示，孔隙率水平和表面質(zhì)量是高復雜零件機械性能質(zhì)量的基本要素，通過(guò)確保產(chǎn)品盡可能接近原始設計規格，同時(shí)減少可能帶入人體的金屬粉末，該指標因此成為業(yè)內定義增材制造醫療器械質(zhì)量的首要標準。通過(guò)與林德公司的聯(lián)合研究發(fā)現，氦氣與氬氣的合理平衡，可以對打印質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生重大影響。

有資料指出，打印室內的惰性氣體是影響零件質(zhì)量和整體生產(chǎn)速度的關(guān)鍵因素，該研究的主要目的也是評估理想的氣體混合物來(lái)優(yōu)化這兩種結果。單獨使用氬氣時(shí)，打印過(guò)程會(huì )觀(guān)察到大量飛濺物（或由激光引起的熔融金屬顆粒）落至相鄰打印部件上。在高度復雜的零件上產(chǎn)生飛濺會(huì )影響打印質(zhì)量，并導致零件螺紋的質(zhì)量下降。此外，使用純氬氣會(huì )產(chǎn)生一定程度的孔隙率。

以上文章來(lái)源：3D打印技術(shù)參考

延伸閱讀：可靠、可重復的3D打印能力是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，有效、可靠的質(zhì)量保證手段成為增材制造用戶(hù)最迫切的需求。在線(xiàn)監控技術(shù)能夠及時(shí)探測激光選區熔化成形狀態(tài)和缺陷，提升成形的效率與質(zhì)量。西安空天智造制造有限公司，基于粉末床形貌缺陷和熔池信息在線(xiàn)檢測方法，設計開(kāi)發(fā)出激光增材過(guò)程監控系統，它包含激光功率、粉末床、熔池等多個(gè)模塊，分別從熱源輸入、鋪粉質(zhì)量、冶金過(guò)程穩定性全方位立體去監測和評價(jià)工藝過(guò)程狀態(tài)及成形件質(zhì)量，通過(guò)對工藝過(guò)程監控、過(guò)程信息分析處理，實(shí)現了工藝穩定性的提高和質(zhì)量一致性的保障，目前已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。