纳米纹理粉末技术：推动难以3D打印金属的增材制造技术发展

3D打印技术参考注意到，来自来自斯坦福和劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员在美国国家科学基金会和美国能源部的支持下，展示了纳米纹理粉末在激光粉末床熔融（LPBF）中对铜、银和钨等挑战性金属的高吸收率优势。

金属增材制造（AM）作为制造业的一项革命性技术，尽管前景广阔，但在处理高反射率金属如铜、银及难熔金属钨时面临重大挑战。这些材料在激光粉末床熔合（LPBF）过程中，由于反射大部分激光能量，导致能量利用效率低下、制件质量参差不齐，且对设备功率要求苛刻。

迄今为止，提升金属可打印性的方法主要聚焦于改变其凝固与再结晶特性，包括添加纳米颗粒孕育剂、合金化元素及采用高功率系统。例如，Al 7075粉末中纳米颗粒的添加增强了结构强度与抗裂性；钛铜合金化实现了强度可调的超细晶结构；钨中添加钽与稀土元素则改善了抗裂性。纳米颗粒修饰金属粉末也显示出潜力，尤其在铜及其合金的打印中，通过纳米颗粒修饰显著提高了光吸收率，但也可能引发电导率下降或凝固裂纹等问题。尽管这些方法在微结构与光热控制上有所突破，但仍未有一种工艺能在不改变粉末基本成分的前提下，有效提升高反射率与难熔金属的打印质量及吸收率。

HRL 7A77 3D打印铝合金

然而，纳米纹理金属粉末技术的出现，为这一难题提供了创新解决方案。该技术通过在粉末表面引入纳米级凹槽，显著增强了粉末对激光能量的吸收能力，从而提升了增材制造的效率和效果。纳米纹理的形成采用化学蚀刻工艺，精确控制凹槽的形貌与分布，既增大了表面积，又促进了激光与粉末的深入交互，且不影响材料的原始化学成分。

蚀刻前后纹理粉末的表面形貌变化

纳米纹理粉末之所以能显著提升吸收率，主要得益于两个关键机制：一是等离子体共振效应，纳米凹槽作为光能集中器，诱导局部高温，提升吸收效率；二是多重散射效应，纹理表面促使激光能量多次反射与吸收，进一步增强了总体吸收率。

纹理粉末中吸收率增强的实验和模拟

在实际应用中，纳米纹理粉末展现出了显著优势。它能在更低的能量密度下实现高质量金属的打印，如以83 J/mm³的低能量打印出相对密度达92%的纯铜部件，远低于传统方法的要求。同时，较低的激光功率需求不仅提高了零件质量，减少了缺陷，还降低了后处理成本，增强了工艺的经济性。

使用纹理粉末的铜和示例结构的低能量密度打印

该技术已成功应用于铜、银铜合金及钨等多种高反射率和难熔金属的打印，展现了其广泛的适用性和强大的功能性。特别是在钨的打印上，纳米纹理粉末技术实现了在低功率下的高质量打印，不仅提升了部件密度，还改善了其机械性能，标志着难熔金属打印技术的重要突破。

总的来说，纳米纹理粉末技术以其独特的优势，为金属增材制造领域带来了革命性的变革，开启了高质量、高效率金属打印的新篇章。

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