3D打印作（zuò）為一種新興的新一代先進（jìn）製造技術（shù），近年來發展迅速。然（rán）而，對於（yú）工業級金屬3D打（dǎ）印領域，粉末耗材仍是（shì）製約該技術規模化應用的重要因素之一。目前，國內尚未製（zhì）訂出金屬3D打印用材料標準、工藝規範、零件性能標準等行業標準或國標。業內對於金屬粉末的（de）評價指（zhǐ）標主要有化學成分、粒度分布、粉末的球形度（dù）、流動性、鬆裝密度等。其中，化學成分、粒度分布是金屬3D打印領域用於評價金屬粉末質量的常用（yòng）指標，球形度、流動性、鬆裝密度可作為評價質量的參考（kǎo）指標。

 

1、化（huà）學成分：金屬粉末中各元素實際所占的質量百分比（wt.%）。

 

 

以上表為例，在（zài）該（gāi）合金中（zhōng）Al元素的（de）檢測數據為6.25，表示Al元素在該合金所占（zhàn）的質量百分（fèn）比為6.25%，其它元素質量百分比可以此類推。目前，金屬化學成分檢測應用最廣的方法是化學分析法和光譜分析法。化（huà）學分析法是利用化學反應來確定金屬的組成成分，可以實（shí）現金屬化學成分的定性分析和定量分析。光譜分析法是利用金屬中各種元素在高溫、高能量的激（jī）發下產生的自己特有（yǒu）的特征光（guāng）譜來確定金屬的化學成分及大致含量（liàng），一般用於金屬（shǔ）化（huà）學成分的（de）定性分析。以上兩種方法都要使用專業的檢測設備，由專業的檢測機構的人（rén）員完成。

 

大部分鑄態、鍛造的金屬的化學成分都有相應的（de）行業標（biāo）準（zhǔn）或國標，以評價該（gāi）金屬的化（huà）學成（chéng）分指標是否合格。然而，用於金屬3D打印的粉末技術新穎，業內尚無相應的行業標準或國標，業內通常認可的評價方法是沿用該金屬粉末（mò）對應的鑄態標準，或在該（gāi）標準的基礎上雙方協商放寬指標要求。

 

對於金屬（shǔ）3D打印而言，因為打印過程中金屬重熔後，元（yuán）素以液體形態存在，或者可（kě）能存在易揮發元素的揮發損失，且粉末的形態存（cún）在衛星球（qiú）、空（kōng）心粉等問題，因此有（yǒu）可能在（zài）局部生成氣孔缺陷，或者造成打印後的零部件的成分異於原始粉末或者母合金的成分，從而影響到工件的致密性及其力學性能。因此，對不同體係的金（jīn）屬粉末，氧含量均為一項重要指標，業內對該指標的一般要求在1300~1500ppm，亦即氧元素在金屬（shǔ）中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間。由於目前用於（yú）金屬3D打印的粉末製備技（jì）術主要以霧化法為主（包括高壓氣體霧化和（hé）旋轉電極霧（wù）化等技術），粉末存在（zài）大的比表麵積，容易產生氧化。因此粉末（mò）製備過程中要對氣氛進行嚴格控製。在航（háng）空航天（tiān）等特殊應用領域，客（kè）戶對此指標的要求更為嚴（yán）格。部分客戶也（yě）要求控製氮含量指標，一般要求在500ppm以下，也即氮元素在金屬（shǔ）中所占的質量百分比在0.05%以下。

 

2、粒（lì）度分布：不同尺寸的金屬粉末顆粒的（de）在一定尺寸區間（jiān）內所占的體積百分比的（de）統計數據（jù），一般情（qíng）況下製備的粉末粒（lì）度分（fèn）布呈正態分（fèn）布。

 

 

以上（shàng）圖為例，金屬粉末顆粒粒（lì）度（dù）分布結果中，d(10)=17.290μm，代表尺寸小於17.290μm的粉末（mò）體積所占比（bǐ）例不低於10%。同理（lǐ）可知，d(50)= 33.478μm，d(90)= 57.663μm，說明在該粉末（mò）中，尺寸小於（yú）33.478μm的粉末比例不低於50%，小於57.663μm的粉末比例不低於（yú）90%。

 

金屬粉末的粒度（dù）分布可以通過激光粒度分析儀分析。目前金屬3D打印常用的粉末的粒度範圍是15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉），部（bù）分場合下可放寬至105~150μm（粗粉），分別對應（yīng）的顆粒目數範圍為：270~800目（細粉），140~270目（粗粉），100~270目（粗粉）。此粒度範圍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（yīn）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（zhú）層鋪粉；以等離子束作為能量源的打印機，聚焦光斑略粗，更適於熔化（huà）粗（cū）粉，適（shì）合使用53~105μm為主，部分場合下105~150μm的粉末作為耗材，粉末補給方式為同軸送粉。

 

3、球形度、鬆裝密度、流動性等參考（kǎo）指標。

 

 

球形度也就是金屬粉末顆粒接（jiē）近球體的程度，一般通（tōng）過掃描電子顯微鏡（SEM）定性分析。上圖為不同金（jīn）屬粉末的（de）SEM形態照片，可以（yǐ）看出，左圖粉（fěn）末顆粒（lì）的球形度要優於右（yòu）圖粉末。一般而言，球形度佳，粉末（mò）顆粒（lì）的流動性也比較好，在金屬3D打印時鋪粉（fěn）及送粉更容易進（jìn）行控製，更易獲得更高打印質量的零部件。

 

流動性是指以一定量（liàng）金屬粉末顆粒流過規定孔徑的量（liàng）具所需要的時間，通常采用的（de）單位為s/50g，可以通過霍爾流速（sù）計測量，數值愈小說（shuō）明該粉末的流動（dòng）性愈好。流動性也可以用休止角表征，休（xiū）止角指在重力場中，顆粒在金屬粉末堆積層的自由（yóu）斜麵上滑動時所受重力和粒子之間摩擦力達到平衡而處（chù）於靜止狀態下測得的最大角。這是一（yī）種檢驗（yàn）金屬（shǔ）粉末流動性的簡易方法，休止角越小，摩（mó）擦力越小，流動（dòng）性越好，越有利於鋪粉及送粉的進行。

 

鬆裝密度是（shì）直接鋪粉得到的金屬粉末（mò）在一定體積內的質（zhì）量，可以通過漏鬥法測量。鬆裝密度僅作為參考指標，表（biǎo）征粉末在（zài）補給過程中堆垛密實程度，其對於金屬打印最終產品的密度影響尚（shàng）無確論。

 

以上是目（mù）前業內用於評價用於金屬3D打印粉末質量的技術指標介紹，由深圳微納增材技術有限公司為您提供，公（gōng）司聯合上海（hǎi）大學、哈爾濱工業大學等業內領先的金屬材料研發團隊，開展球形粉生產技術研發及（jí）生產，專注提供鈦合金粉末（mò）、鎳合金粉（fěn）末、不鏽鋼粉末（mò）、鋁合金粉末、模具鋼（gāng）粉末（mò）等各類工業級金屬3D打印粉末耗材。公司產品（pǐn）在全球範圍內實現了廣泛（fàn）的銷售，獲得了客戶的高度認可。