《越達增材》：金屬3D打印對原料粉體品質的要求有多高,？

金屬粉體材料是金屬3D打印工藝的原材料，其粉體的基本性能對最終的成型的制品品質有著很大的關系。金屬3D打印對于粉體的要求主要在于化學成分、顆粒形狀、粒度及粒度分布,、流動性、循環(huán)使用性等這幾個方面,，具體要求見下文解析,。

一、化學成分
      原料的化學主要成分包括金屬元素和雜質成分,，主要金屬元素常用的有Fe,、Ti、Ni,、Al,、Cu、Co,、Cr以及貴金屬Ag,、Au等。雜質成分有還原鐵中的Si,、Mn,、C、S,、P,、O等,，從原料和粉末生產中中混入的其他雜質等，粉體表面吸附的水及其他氣體等,。

      在成型過程,，雜質可能會與基體發(fā)生反應，改變基體性質,，給制件品質帶來負面的影響。夾雜物的存在也會使粉體熔化不均,，易造成制件的內部缺陷,。粉體含氧量較高時，金屬粉體不僅易氧化,，形成氧化膜,，還會導致球化現象，影響制件的致密度及品質,。

      因此,，需要嚴格控制原料粉體的雜質及夾雜以保證制品的品質，所以,，3D打印用金屬粉體需要采用純度較高的金屬粉體原料,。

二、顆粒形狀,、粉體粒度及粒度分布
1,、形狀要求。常見的顆粒的形狀有球形,、近球形,、片狀、針狀及其他不規(guī)則形狀等,。不規(guī)則的顆粒具有更大的表面積,，有利于增加燒結驅動。但球形度高的粉體顆粒流動性好,，送粉鋪粉均勻,，有利于提升制件的致密度及均勻度。因此,，3D打印用粉體顆粒一般要求是球形或者近球形,。
2、粉體粒度及粒度分布,。研究表明,，粉體是通過直接吸收激光或電子束掃描時的能量而熔化燒結，粒子小則表面積大,，直接吸收能量多,，更易升溫,，越有利于燒結。此外,，粉體粒度小,，粒子之間間隙小，松裝密度高,，成形后零件致密度高,，因此有利于提高產品的強度和表面質量。但粉體粒度過小時,，粉體易發(fā)生粘附團聚,，導致粉體流動性下降，影響粉料運輸及鋪粉均勻,。

      所以細粉,、粗粉應該以一定配比混合，選擇恰當的粒度與粒度分布以達到預期的成形效果,。

三,、粉體的工藝性能要求
      粉體的工藝性能主要包括松裝密度、振實密度,、流動性和循環(huán)利用性能,。

a、松裝密度是粉末自然堆積時的密度,，振實密度是經過振動后的密度,。球形度好、粒度分布寬的粉末松裝密度高,，孔隙率低,，成形后的零件致密度高成形質量好。

b,、流動性,。粉體的流動性直接影響鋪粉的均勻性或送粉的穩(wěn)定性。粉末流動性太差,，易造成粉層厚度不均,，掃描區(qū)域內的金屬熔化量不均，導致制件內部結構不均,，影響成形質量,；而高流動性的粉末易于流化，沉積均勻,，粉末利用率高,，有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均勻致密化。

c,、循環(huán)性能,。3D打印過程結束后,，留在粉床中未熔化的粉末通過篩分回收仍然可以繼續(xù)使用。但長時間的高溫環(huán)境下,，粉床中的粉末會有一定的性能變化,。需要搭配具體工藝選用回收率。

四,、3D打印用金屬粉末的種類及應用領域
      單一組分的金屬粉末在成形過程中出現明顯的球化和集聚現象,，易造成燒結變形和密度疏松，因此,，多組元金屬粉末或者預合金粉末被開發(fā)了出來,。按基體的主要元素可為鐵基材料、鎳基合金,、鈦與鈦合金、鈷鉻合金,、鋁合金,、銅合金以及貴金屬等。

1,、鐵基材料,。3D打印中應用最廣泛的金屬材料，力學性能優(yōu)異,，耐高溫和耐腐蝕,，性價比高，適合打印尺寸較大的產品,，多用于各種工程機械,、零件及模具等。市面典型的材料有304和316奧氏體不銹鋼粉,。

2,、鎳基材料。這類材料具有良好的高溫性能,，抗氧化和抗腐蝕性,。在航空航天、船舶以及石油化工等領域應用較廣,。

3,、鈦及鈦合金。其突出特點是比強度高,，抗腐蝕,，生物相容性好。因此在航天航空,、生物骨骼,，牙齒種植方面有著廣泛應用,。

4、鈷鉻合金,。主要分為CoCrW和CoCrMo合金兩大類,，具有良好的高溫性能及抗腐蝕性能。常應用于在牙科修復體如牙冠固定橋,、可摘除義齒等的個性化定制方面,。

5、鋁合金,。鋁合金是一種輕量化金屬,，其熔點低、密度低,，但機械強度稍弱,，化學活性強，目前已有研究可以通過3d打印制備出高強度的鋁合金材料,。這對于重視輕量化的的航空器和汽車零部件來說是非常有意義的,。

6、銅及銅合金,。銅最大的優(yōu)勢在于其優(yōu)異的導電性及導熱性,。可用于航空航天,、電子,、機械零部件加工。

7,、貴金屬,。黃金和白銀等具有良好的塑性和延展性，光澤度十分美觀,，可以通過3D打印加工個性化飾品,，實現高精度高難度藝術品的設計和制作。