3D打印作為一種新興的製造（zào）技（jì）術，近年來發展迅速。然而，對於工（gōng）業級（jí）金屬3D打印領域，粉末耗材仍是製（zhì）約該技術（shù）規（guī）模化應用的重要因素之一。目前，國內尚未（wèi）製訂出金屬（shǔ）3D打印用（yòng）材（cái）料標（biāo）準、工藝規範、零件性能（néng）標準等行（háng）業（yè）標準或國標。業內（nèi）對於金屬（shǔ）粉末的評價指標，主要（yào）有化學成分、粒度分布、粉末的球（qiú）形度、流動性、鬆裝（zhuāng）密度。其中（zhōng），化學（xué）成分、粒度（dù）分布是金屬3D打印領域用於評價金（jīn）屬粉末質量的常用指標，球形度、流動性、鬆裝密度（dù）可作為評價質量的參考指標。

 

 

1、化學成分：金屬粉末中各元素實際所占的質量百分（fèn）比（bǐ）（wt. %）

 

 

以上表為例，在該合（hé）金（jīn）中Al元素的檢測數據為6.25，表示Al元（yuán）素在該合金所占的質量百分比為（wéi）6.25%，其它元素質量百（bǎi）分比可以此類推。目（mù）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。化學分析法是利用化學反應來確定金屬的組（zǔ）成成分（fèn），可以實現金屬化（huà）學成分的定性分（fèn）析（xī）和定量分析；光（guāng）譜分析（xī）法是利用金屬中各種（zhǒng）元素在高溫、高能量的激發下產生的自（zì）己特有的特征光譜來確定金屬的化學成分及大致含量，一（yī）般用於金屬化學成分的定性分析。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員完成。

 

 

大部分鑄態、鍛造的金屬的化（huà）學成分都（dōu）有相應的行業標準或國標，以（yǐ）評價（jià）該金屬的化學成（chéng）分（fèn）指標是否合格。然而，用於金屬3D打印的（de）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（shǔ）粉末對應的鑄態標準，或在該（gāi）標準的基礎上（shàng）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（chéng）中金屬重熔（róng）後，元（yuán）素以氣體形態存在，有可能在局部生成氣眼等缺陷，影響工（gōng）件致密性及力學性（xìng）能。所以，對不同體係的金屬粉末，氧含量均為一項重（chóng）要指標，業內對（duì）該指標的一般要求在1500ppm以下，也即氧元素在（zài）金屬中所占的質量百分比在（zài）0.13~0.15%之間，航空（kōng）航天等特殊（shū）應用領域，客戶對（duì）此指標的要求更為嚴格。部分客戶也要求控製氮含量指標，一般要求在500ppm以下，也（yě）即氮元（yuán）素（sù）在金屬中所占的質（zhì）量百分比在0.05%以下。

 

 

2、粒度（dù）分（fèn）布：不同尺寸的金屬粉末顆粒（lì）的在一定尺寸區間內所占的體積百分比的統計數據，此數據呈正態分布

 

 

以上圖為例，金屬粉末顆粒（lì）粒度分布結果中，d(10)=17.290μm，代表尺寸小於17.290μm的粉末體積（jī）所占比例不低於10%。以此可知，該粉末中，尺寸小（xiǎo）於33.478μm的粉末比例不低於50%，小於57.663μm的粉末比例不低於90%。 

 

 

金屬粉（fěn）末的（de）粒度分布可以通過激光（guāng）粒度分（fèn）析（xī）儀（yí）分析。金屬（shǔ）3D打（dǎ）印常用的粉末的粒度範圍是（shì）15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉）。此粒度範圍是根據不同的能量源的金屬打印機（jī）劃（huá）分的，以（yǐ）激光作為能量源的打印機，因其聚焦光（guāng）斑（bān）精（jīng）細，較易熔化（huà）細粉（fěn），適合使用（yòng）15~53μm的粉末作為耗材，因為此（cǐ）粒度（dù）範圍內的粉末（mò）既有（yǒu）良好的流（liú）動性（xìng），又（yòu）較（jiào）易（yì）容化，粉末補給方式（shì）為逐層鋪粉；以等離子束作為能量源的打印機，聚焦光斑略粗，更適於熔化粗粉，適（shì）合使用53~105μm的粉末作為耗材，粉末補（bǔ）給方式為同軸送粉。

 

 

3、球形度、鬆裝密度、安息角（jiǎo）等（děng）參考指標（biāo）

 

 

球形度也就是金屬粉末顆粒接近球體的程度，一般通（tōng）過掃（sǎo）描電子（zǐ）顯微鏡（SEM）定性的分析。上圖為不同金屬（shǔ）粉末（mò）的SEM形態照（zhào）片，可以看出，左圖粉末顆粒的球形度要優於右圖（tú）粉（fěn）末。一般而言，球形度佳（jiā），粉（fěn）末顆粒的流動性也比較好，在金屬3D打印時（shí）鋪粉及送粉（fěn）更容易進行。 

 

 

休止角，亦作安息角，是斜麵使置於其上（shàng）的物體處於沿斜麵下滑的臨界狀態時（shí），與水平表麵所成的最小角度(即隨著傾斜角增加，斜麵上（shàng）的物體將越容易（yì）下滑；當物體達到開始下滑的狀態時，該臨界狀態的角度稱為休止角)。

大量顆粒狀物質被傾倒於水平麵上堆積為錐體（tǐ），堆積物的表麵與水平麵所成內角即為休止角，其與密度，顆粒的表麵積和形狀，及該物質的摩擦係數相關。

鬆裝密度是直接鋪粉得（dé）到的金屬粉末在（zài）一定體積（jī）內的質量，可（kě）以通過漏鬥法測量（liàng）。鬆裝密度（dù）僅作為參（cān）考指標，表征粉末在補（bǔ）給過程中堆垛密實程度，其對於（yú）金屬（shǔ）打印的（de）終產品的密度影響並不確定。

 

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