3D打印材料對(duì)于3D打印的重要性，相當(dāng)于水之于魚。而推動(dòng)專業(yè)的3D打印應(yīng)用進(jìn)步的關(guān)鍵之一，特別是涉及到這種技術(shù)終端級(jí)應(yīng)用時(shí)，就是基于材料解決方案的開發(fā)。

    TiNi合金是目前形狀記憶合金中研究最全面、記憶性能最好的合金材料，由于其具有優(yōu)異的形狀記憶效應(yīng)與超彈性、高阻尼性、高耐腐蝕性、良好的生物相容性等特點(diǎn)，成為備受關(guān)注的新型功能材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。然而TiNi合金的高熔點(diǎn)、高活性、傳統(tǒng)機(jī)加工復(fù)雜且性能差嚴(yán)重制約了合金的性能提高和進(jìn)一步應(yīng)用推廣。

    3D打印（3D printing），是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。該技術(shù)是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。與傳統(tǒng)工藝相比，金屬3D打印有直接成型，無需模具，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)并制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)為制備形狀復(fù)雜的TiNi記憶合金結(jié)構(gòu)件開辟了嶄新的途徑。

    球形TiNi合金粉末是3D打印TiNi合金結(jié)構(gòu)件的原材料，也是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵突破點(diǎn)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)常見的TiNi合金粉末形狀不規(guī)則、夾雜嚴(yán)重，很難滿足3D打印對(duì)粉末原材料高純度、高流動(dòng)性、高球形度的要求。

    北京中航邁特公司在現(xiàn)有球形鈦合金粉末制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的真空電極感應(yīng)氣霧化制粉爐（如圖1所示），成功研制出球形度高、流動(dòng)性好、非金屬夾雜物少的高純球形TiNi記憶合金粉末，率先實(shí)現(xiàn)≤53μm細(xì)粉收得率的技術(shù)突破，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)球形TiNi記憶合金粉末研制的空白。

    圖1 電極感應(yīng)霧化裝置制粉原理示意圖

    粉末形貌如圖2（a）所示，可以看出，粉末顆粒形狀呈球形或近球形，顆粒之間基本無粘連且衛(wèi)星顆粒極少。單個(gè)粉末顆粒形貌如圖2（b）所示，由于氣霧化過程冷卻速率高，制備出粉末的組織均勻。圖3為電極感應(yīng)氣霧化制備球形TiNi合金粉末的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，合金粉末均為TiNi相（B2有序相）。這表明電極感應(yīng)霧化制備的TiNi合金粉末潔凈度高，并且成分均一。經(jīng)氣體含量檢測(cè)，15-53μmTiNi粉末的氧含量為371ppm，氮含量為35ppm。

    圖2 電極感應(yīng)氣霧化制備TiNi合金粉末SEM圖。（a）粉末形貌；（b）單個(gè)顆粒粉末形貌

    圖3 TiNi合金粉末XRD衍射圖譜

    在成功制備出高球形、高潔凈度、組織成分均勻的合金粉末基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化TiNi合金粉末霧化工藝，提高粉末綜合性能，實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，在滿足國(guó)內(nèi)需求同時(shí)出口歐美。在高端鈦基粉末材料研發(fā)和應(yīng)用方面，可以與歐美企業(yè)同臺(tái)競(jìng)技。

    該型球形TiNi合金粉末同時(shí)適用于3D打印送粉工藝和鋪粉工藝，使3D打印個(gè)性化人體介入醫(yī)療器械（如心血管支架、脊柱內(nèi)固定物）制造成為可能。在此項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中航邁特將再接再厲，積極響應(yīng)“十三五”科技創(chuàng)新計(jì)劃，不斷實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械3D打印專用粉末材料的突破，助力我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展。

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