设计师和工程师越来越多地考虑添加剂材料的环境影响。若干公司正在探索回收粉末以重复使用的方法。
元素3D，金属添加剂制造（AM）材料的开发人员和供应商，例如，提供专利的反应性添加剂制造（RAM）技术，可通过激光粉末融合产生各种材料。除了将新材料带到市场之外，与传统锻造合金相比，RAM技术可提供具有相同和改善的机械性能的材料。
RAM技术使用将微粒添加剂混合成粉末原料，在印刷过程中原位反应以形成亚微米抗原体。这些植入剂导致晶粒细化，有助于消除铝中热撕裂等缺陷，这是AM中许多合金的障碍。Elementum 3D用于激光粉床的合金原料融合产生轻量级，高强度AM部件。
该公司最近对三种不同的RAM材料进行了三项研究。这是他们学到的。
粉末回收的益处和挑战
粉末回收是在经济上和环境的有益的，增加用相同原料进行的构建数量。它还减少了每种构建的材料浪费。粉末处理允许混合多个组分以生产金属基复合材料（MMC）等材料。
然而，涉及在L-PBF的加工条件下可能发生的物理和化学变化，以及在处理期间进行分离的组件。层逐层L-PBF建筑工艺涉及热循环，其可导致化学成分中的损失[1]。粒子形态的变化可以导致机械行为的差异[2]，而粒度分布的变化会影响构建平台上的流动性和不均匀的粉末分布[3]。
不正确的粉末处理可以将粉末暴露于水分，氧化颗粒表面和诱导杂质，改变部分的机械性能[4]。由于粉末组分尺寸和相对密度的差异，另一个问题是在处理过程中的偏析[5-6]。
尽管有这些问题，但许多合金在用相同粉末的多个构建后保留化学，粒度，形态和机械性能[2-3]。与液体加工相比，粉末加工在多组分材料（例如MMCS）中提供了改进的均匀性，其中树枝状凝固和添加的颗粒的凝聚促进分离[7]。
考虑到所有这些因素，Elementum 3D对其A6061-Ram2，A2024-Ram2和IN625-Ram2材料进行了三项研究。RAM粉末处理技术允许在印刷过程中储存和处理的较大，更较大，更安全的粒度，以在印刷过程中形成有益亚微米增强物。
粉末偏析研究A6061-Ram2
Elementum 3D的研究人员模拟了“最坏情况”，以推动材料的极限：隔离颗粒成分。较小，更高密度的颗粒倾向于随时间或运动沉降到底部[5-6]。例如，在填充有砂，鹅卵石和岩石的不同尺寸材料的罐中，更精细的材料（沙子）倾向于沉降到底部，而较大的材料（鹅卵石和岩石）保持在相对相同的位置。
多组分粉末混合物的目的是通过使用类似的大小基质和添加剂粒度和相对密度来最小化这一点。研究团队从建筑物中取出了使用的粉末，并在没有重新混合的情况下连续地筛分它20次。将粉末始终从收集箱的底部进料到筛子中以最大化组分偏析（图1）。
图1.二十个筛分循环最大化A6061-Ram2粉末（左）的潜在隔离，以及三种不同构建的粉末原料来源（右）。
他们做了两种附加印刷品：一个使用最终粉末混合物的顶部;另一个在箱中使用粉末的下半部分。随后是拉伸测试每个部分。结果（图2）表现出粉末的一致性，即使处理促进组分偏析。
A2024-Ram2中一致的颗粒化学和尺寸分布
通过开发合作伙伴，在使用粉末供应单元（PSV）的SLM 280打印机中，团队确保维护粒度和化学。在使用过五个月的A2024-Ram2粉末和70个筛分循环的多个构建后，没有刷新新粉末，该材料具有与新粉末和保存的化学物质相似的粒度范围（图3）。这证实了该材料实现了一致的强度并保持良好混合，具有与新粉末相同的颗粒特性。
图2.用新的粉末（标记为新粉末）和用重复粉末完成的粉末（标记为新粉末）和2个构建后的初始构建后A.6061-Ram2的强度和伸长率值，并用重复使用的粉末在20次筛分循环之后：粉末从上半部和一个粉末从筛分粉的下半部分取。结果在A6061-RAM2的Elementum 3D规范内落入，并在预期结果的统计变化范围内。每个数据点表示多个样本的平均值，并且错误栏代表该样本集的一个标准偏差。
图3.在多个月内使用五个月和70个筛分循环后，A2024-Ram2新粉末的测量化学与相同的粉末，没有新的粉末茶点。
在625-Ram2中保留机械性能
科罗拉多省矿山学院（CSM）的学生对Elementum 3D的Inconel 625镍合金进行了研究，其中含有两个陶瓷增强剂（In625-Ram2）。评价是基于带回收粉末印刷的夏比样本的钢筋的拉伸性能。
在用新的粉末（下图中标记为0）之后，用新的粉末浇头，以维持每次构建的25kg。将混合物翻滚10分钟以确保适当混合。这是为九个构建的每个构建（八枚重复使用）完成的。每个在Elementum 3D的EOS M290 L-PBF打印机上执行。
在图4和5从第一，第二和第八再利用采取棒将所得的拉伸性能（第二，第三和最后的构建）示出一致的强度值高于1225兆帕为极限拉伸强度（UTS）和850兆帕屈服强度（ys）。两者都高于制造商的数据表（827-1103 MPa为ys的827-1103 MPa）的载有材料的锻盘的那些[8] [8]。还发现夏比标本与最终（第八）重用相似的冲击能量（图6）。这些结果表明，通过多种构建的材料以及我们的材料和方法出于执行其他制造技术的材料。
图4.工程应力与工程应变曲线，适用于625中的2％陶瓷增强剂（IN625-RAM2）。
图5.最终拉伸强度，0.2％的偏移屈服应力，初始构建（0重复使用），1st，2nd，第3和第8次重用（或第9个总构建）后，0.2％的偏移屈服应力，以及竣工标本的伸长率值。这些样本在多个构建中显示了两个强度值中的一致值。每个数据点表示多个样本的平均值，并且所示的错误条表示该样本集的一个标准偏差
图6.用新粉末的初始构建的IN625-Ram2的印刷夏比标本的冲击能值（表示为0）;并通过八个重用循环使用再循环粉末来构建。每个数据点表示多个样本的平均值。误差栏代表每个样本集的一个标准偏差。
投资可持续的未来
每一项研究都探索并确认了Elementum 3D的粉末原料的质量和性能。由此产生的机械性能和粉末特性的一致性有助于确保客户的弹性和材料的可靠性。
使用微米级反应性粉末，我们的粉末的可重用性来自反应性粉末设计，以实现充当晶粒精炼厂的亚微米产物。即使在多个粉末处理和筛分之后，这些添加的相似尺寸和相对密度和我们的基质合金粉末可以防止分离。
RAM材料的反应过程，在印刷期间，在产品的熔体和再沉淀中溶解反应性添加剂作为亚微米抗原，并促进最终产品中的成分均匀分布。这些结果有助于展示材料的经济价值和可持续性。有关其他信息，请联系：anthony@elementum3d.com.或者jacob@elementum3d.com.。
参考
[1] F. H. Froes，航空航天应用的增材制造-第一部分，先进材料和工艺(2017年7月/ 8月)36-40。[2] H. Asgari，C.Baxter，K.Hosseinkhani，M. Mohammadi，使用再生粉末，材料科学和工程A707（2017）148-158的含有含量组织和机械性能的组织和机械性能。[3] L. C.阿迪拉，F. Garciandia，J. B.冈萨雷斯迪亚兹，P. Alvarez的，A.埃切维里亚，M.M.Petite，R.Deffley，J.Ochoa，In718回收粉末再利用对通过选择性激光熔化，物理程序56（2014）99-107制造的部件的性能的影响。[4] A. Das, J. A. Muniz-Lerma, E. R. L. Espiritu, A. Nommeots-Nomm, K. Waters, M. Brochu, Contribution of cellulosic fibre filter on atmosphere moisture content in laser powder bed fusion additive manufacturing, Scientific Reports 9 (2019).[5] Z.Wang，M.歌曲，C. Sun，Y。他，粒度的影响和分布对SiC增强Al-Cu合金复合材料的力学性能，材料科学和工程A 528（2011）1131-1137。[6] M. J. Tan，X. Zhang，粉末金属基质复合材料：选择和加工，材料科学与工程A244（1998）80-85。[7] s.f.Moustafa，Z.Abdel-Hamid，上午。ABD-ELHAY，铜基质SiC和Al2O3颗粒复合材料通过粉末冶金技术，材料字母53（2002）244-249。[8]特殊金属公司，Inconel合金625，Tech。代表。（2013）。DOI：SMC-066。Elementum 3D
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