中國粉體網訊 近年來，國內持續掀起3D打印熱潮，金屬材料的3D打印技術作為3D打印制造體系中最前沿和最具工程應用潛力的技術，是加快發展智能制造新技術、新裝備的重要發展方向之一。金屬粉末是金屬零件3D打印最重要的原料，粉末特性是影響金屬3D打印產品質量最重要的因素之一。
圖片來源：中體新材
1、3D打印用金屬粉末的主要性能指標
（1）純凈度：由于陶瓷夾雜物會顯著降低最終制件的性能，而且這些夾雜物一般具有較高的熔點，難以燒結成形，因此要求粉末中無陶瓷夾雜物。除此之外，氧、氮含量也需要嚴格控制。
在航空航天等特殊應用領域，對純凈度的要求較為嚴格，如高溫合金粉末氧含量0.006%～0.018%，鈦合金粉末氧含量為0.007%～0.013%，不銹鋼粉末氧含量為0.010%～0.025%（均為質量分數）。
（2）粉末粒度分布：3D打印用金屬粉末粒度的選擇主要是根據不同能量源的金屬打印機劃分的，以激光作為能量源的打印機，因其聚焦光斑精細，較易熔化細粉，適合使用15～53μm的粉末作為耗材，粉末補給方式為逐層鋪粉；以電子束作為能量源的鋪粉型打印機，聚焦光斑略粗，更適于熔化粗粉，適合使用53～105μm的粗粉為主；對于同軸送粉型打印機可采用粒度為105～150μm的粉末作為耗材。
（3）粉末形貌：粉末形貌和粉末的制備方法密切相關，一般由金屬氣態或熔融液態轉變成粉末時，粉末顆粒形狀趨于球形；由固態狀變為粉末時，粉末顆粒多為不規則形狀；而由水溶液電解法制備的粉末多數呈樹枝狀。一般而言，球形度越高，粉末顆粒的流動性也越好。3D打印金屬粉末要求球形度在98%以上，這樣打印時鋪粉及送粉更容易進行。下表為不同制粉方法對應的金屬粉末形貌。
常見粉末制備方法及粉末形貌
（4）粉末流動性和松裝密度：粉末流動性直接影響打印過程中鋪粉的均勻性和送粉過程的穩定性。流動性與粉末形貌、粒度分布及松裝密度相關。粉末顆粒越大、顆粒形狀越規則、粒度組成中極細的粉末所占的比例越小，其流動性越好。顆粒密度不變，相對密度增加，粉末流動性增加。顆粒表面吸附水、氣體等會降低粉末流動性。
松裝密度是粉末試樣自然地充滿規定容器時，單位容積的粉末質量。一般情況下，粉末粒度越粗，松裝密度越大，粗細搭配的粉末能夠獲得更高的松裝密度。松裝密度對于金屬打印最終產品的密度影響尚無定論，但松裝密度增加，可改善粉末的流動性。
2、金屬3D打印粉末分類及制備方法
目前應用較為廣泛的3D打印金屬粉末包括鈦合金、鋁合金、不銹鋼、高溫合金、銅合金、難熔金屬以及其他金屬如高熵合金、非晶合金等。
3Ｄ打印用金屬粉末制備方法主要包括電極感應霧化（EIGA）、等離子旋轉電極霧化法（PREP）、等離子球化法（PA）、真空感應熔煉氣體霧化（VIGA）法及水霧化法等，相比較而言，EIGA法、PREP法、PA法制備粉末應用更為廣泛。
3、直播預告
想更多了解3D用金屬粉末的主要應用領域、制備方法、不同金屬粉末特點及其發展方向，請關注“第二屆3D打印粉體材料制備及檢測技術網絡研討會”。此會議主辦方為中國粉體網旗下粉體公開課平臺，會議時間為2022年3月22日，屆時將邀請北京工業大學的談震副研究員作《3D打印用金屬粉末及其制備技術》的報告。報告將介紹3D打印技術的基本原理，并對3D打印用金屬粉末的特點、要求、主要制備方法及其應用領域進行詳細介紹，最后對3D打印用金屬粉末的發展方向進行展望。
4、專家介紹
談震，男，博士，副研究員。主要研究方向為激光3D打印制備金屬材料。研究領域包括：高品質金屬粉末（鈦合金、銅合金、難熔金屬、非晶和高熵合金等）的制備，激光3D打印成形及其微觀結構與性能表征。先后主持和承擔國家自然科學基金青年項目、北京市自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金等項目。作為項目骨干參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金和北京市科技計劃等項目。先后發表論文20余篇，申請（授權）國內發明專利10余項。
參考來源：
【1】李安，等.3D打印用金屬粉末制備技術研究進展.鋼鐵研究學報.2018.
【2】韓壽波，等.航空航天用高品質3D打印金屬粉末的研究與應用.粉末冶金工業.2017.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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