與所有制造過程一樣，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程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行氣體保護(hù)，但對于此方面的研究幾乎未受到充分關(guān)注。一個(gè)關(guān)鍵的問題是，對于采用不同的氣體保護(hù)，是否會取得不同的結(jié)果。

全球最大的工業(yè)氣體生產(chǎn)商林德集團(tuán)和醫(yī)療領(lǐng)域增材制造的領(lǐng)導(dǎo)者法國3D Medlab公司合作，展開了在特殊氣體氛圍下，對3D打印鈦合金點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)生產(chǎn)質(zhì)量的影響，雙方希望以此提高由Ti64制造的醫(yī)療產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因?yàn)橄窬Ц襁@樣的結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)定、具備所需的所有機(jī)械性能，最重要的是能夠維持細(xì)胞的生長。然而3D打印過程中的煙塵和雜質(zhì)會導(dǎo)致零件中產(chǎn)生缺陷，即使氧氣含量的微小差異也會影響元素的穩(wěn)定性，從而破壞材料的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在激光粉末床熔融(L-PBF)過程中的飛濺形成、工藝穩(wěn)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)行的過程監(jiān)控表明，與單獨(dú)使用氬氣相比，使用氬氣-氦氣混合氣體保護(hù)，顯著減少了激光熔融過程中的飛濺。研究結(jié)果證實(shí)，這種氬氦混合氣體可將飛濺物的排放量降低35%，顯著降低了缺陷的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)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家表示：“可靠、可重復(fù)的3D打印能力是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，這對醫(yī)療行業(yè)至關(guān)重要。此外，從商業(yè)角度來看，打印時(shí)間是增材制造中重要的單一成本要素，但通過使用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)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發(fā)，是鈦合金醫(yī)療器械制造領(lǐng)域向前邁出的重要一步。”

3D Medlab增材制造主管表示，孔隙率水平和表面質(zhì)量是高復(fù)雜零件機(jī)械性能質(zhì)量的基本要素，通過確保產(chǎn)品盡可能接近原始設(shè)計(jì)規(guī)格，同時(shí)減少可能帶入人體的金屬粉末，該指標(biāo)因此成為業(yè)內(nèi)定義增材制造醫(yī)療器械質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。通過與林德公司的聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，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(nèi)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優(yōu)化這兩種結(jié)果。單獨(dú)使用氬氣時(shí)，打印過程會觀察到大量飛濺物（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(fù)雜的零件上產(chǎn)生飛濺會影響打印質(zhì)量，并導(dǎo)致零件螺紋的質(zhì)量下降。此外，使用純氬氣會產(chǎn)生一定程度的孔隙率。

以上文章來源：3D打印技術(shù)參考

延伸閱讀：可靠、可重復(fù)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最迫切的需求。在線監(jiān)控技術(shù)能夠及時(shí)探測激光選區(qū)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檢測方法，設(shè)計(jì)開發(fā)出激光增材過程監(jiān)控系統(tǒng)，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、冶金過程穩(wěn)定性全方位立體去監(jiān)測和評價(jià)工藝過程狀態(tài)及成形件質(zhì)量，通過對工藝過程監(jiān)控、過程信息分析處理，實(shí)現(xiàn)了工藝穩(wěn)定性的提高和質(zhì)量一致性的保障，目前已經(jīng)投入市場使用。