3D打印作為一種新（xīn）興的製造（zào）技術，近年來發展迅速。然而，對於工業級金屬3D打印領域，粉末耗材仍是製約該技術規模化應用的重要因素之一。目前，國內尚未製訂出金屬3D打印用材（cái）料標準、工（gōng）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評價指標，主要有化（huà）學成分、粒度分布、粉末的球（qiú）形（xíng）度、流動性、鬆裝密（mì）度。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（de）常（cháng）用指（zhǐ）標，球形度、流動性、鬆裝密度可作為評價質量的參考指標。

 

1、化學成分：金屬粉末中各（gè）元素實際所占的質（zhì）量百分比（wt. %）。

 

在該合金中Al元素的檢測數據為6.25，表示Al元素在該合（hé）金所占的質量百分比為（wéi）6.25%，其它（tā）元素（sù）質量百分比可（kě）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（fèn）析法（fǎ）和光譜（pǔ）分析法。化學分析法是利用化學反應來確定金屬（shǔ）的組成成分，可以實現金（jīn）屬化學成分的定性分析和定量分析（xī）；光譜（pǔ）分析法是利用金屬中各種元素（sù）在高溫、高能（néng）量的激發下（xià）產生的自己（jǐ）特有（yǒu）的特征光譜來確定金屬的化學成分及（jí）大致含量，一般用於金屬化（huà）學成分的定性分析（xī）。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（de）人員完成。

 

大部分（fèn）鑄態、鍛造的金屬的（de）化學成分都有（yǒu）相應的行業標準或國標，以評（píng）價該金屬的（de）化學成分指標是否合格。然（rán）而，用（yòng）於金（jīn）屬3D打印（yìn）的粉末技術新穎，業內尚無相應的行業標準（zhǔn）或（huò）國標，業內通常認可的評價方法是（shì）沿用該金屬粉末對應的鑄態（tài）標準，或在該標準（zhǔn）的基（jī）礎上雙方協商放寬指標要求。

 

對於金屬3D打印而言，因為打印過程中金屬重熔後，元素以（yǐ）氣體形態存在，有可能在局部生成（chéng）氣眼等缺陷，影響工件致密性及力學（xué）性（xìng）能。所以，對不同體係的金屬粉（fěn）末，氧（yǎng）含量均為一（yī）項重要指標，業內對該指標的一般（bān）要求在1500ppm（ppm：百（bǎi）萬分之一）以下，也即氧元素在金屬中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間，航（háng）空航天等特殊（shū）應用領（lǐng）域，客戶對此指標的要（yào）求更為嚴格。部分客戶也要求控（kòng）製氮含（hán）量指標，一般要求在500ppm以下，也即氮元素在金屬中所占的（de）質量百分比（bǐ）在0.05%以下。

 

2、粒度分布：不同尺寸的金屬（shǔ）粉（fěn）末顆粒的（de）在一定尺寸區間（jiān）內所占的體積百分比的統計數據，此數據呈正態（tài）分布。

 

金屬粉末顆粒粒度分布結果中，d(10)=17.290μm，代表尺寸小於17.290μm的粉末體積所占比例不低於10%。以（yǐ）此可知，該粉末中，尺寸小於33.478μm的粉末比例不低於50%，小於57.663μm的粉末比（bǐ）例不低（dī）於90%。

 

金屬粉末的粒度分布可以通過激光粒度分（fèn）析儀分析。金屬3D打印常用的粉末的（de）粒度範圍是15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉（fěn））。此粒度範圍（wéi）是根據不同的能量（liàng）源的金屬打印機劃分的（de），以激光作為能量源的（de）打印機，因其聚焦光斑精細，較易熔化（huà）細粉，適合使用15~53μm的粉末（mò）作為耗材，因為此粒度（dù）範圍內的粉末既有良好的流動性，又較易（yì）容化，粉末補給方式為逐層鋪粉；以等離子束作為能量源的打印機（jī），聚焦光斑略粗，更適於熔化粗粉（fěn），適合使用53~105μm的粉末作為（wéi）耗材，粉（fěn）末補給（gěi）方（fāng）式為同軸送粉。

 

3、球形度、鬆裝密度、流動性等參考指標

 

球形度也就是金屬粉末（mò）顆粒接近球體的程度，一般通過掃描電（diàn）子顯微（wēi）鏡（SEM）定性的分析。上麵兩（liǎng）個圖為不同金屬粉末的SEM形態照片，可以看出，上圖粉末顆粒的球形度要（yào）優於下圖粉末。一般而言，球形（xíng）度佳，粉末顆粒的流動性（xìng）也比較好，在金屬3D打印時鋪粉及送粉更容易進行。

 

流動性是指以一定量金屬粉末顆粒流過規定孔徑的量具所需要的時間（jiān），通常采用的單位為s/50g，可以（yǐ）通過霍爾流速計測量，數值愈小說明（míng）該粉末的流動性愈好。流動性也可以用休（xiū）止角表征（zhēng），休止角指在重力場中，顆粒在金（jīn）屬粉末堆積層的（de）自由斜麵（miàn）上滑動時所受重力和粒子之間摩擦力達到平衡而處於靜止狀態下測（cè）得的最大角。這是一種檢驗金屬粉末流動性的簡易方法，休止角越小（xiǎo），摩擦力越小（xiǎo），流動性越好，越有利於鋪粉及送粉的進行。

 

鬆裝密（mì）度是直接鋪粉得（dé）到的金屬粉末在一定體積內的質量，可以（yǐ）通過漏鬥法測量。鬆裝密度僅作為參考指標（biāo），表（biǎo）征粉末在補給過程中堆垛密實程度，其對於金屬打印的（de）終產品的密度影響並不確定。