3D打印作為一種新興的新一代先進製（zhì）造技術，近年來發展（zhǎn）迅速。然而，對於工業級金屬3D打印領域，粉（fěn）末耗材（cái）仍是製約該（gāi）技術規模化應用的重要因素之一。目前，國內尚（shàng）未製訂出金屬3D打印用材（cái）料標準、工藝規範、零（líng）件性能標準等行業標準或國標。業內對於（yú）金屬（shǔ）粉末（mò）的評價指標主要有化（huà）學成分、粒度分布、粉末（mò）的（de）球（qiú）形度、流動性（xìng）、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指（zhǐ）標，球形度、流動性、鬆裝密（mì）度可作為評價質（zhì）量的參考指標。

 

1、化學成分：金屬粉（fěn）末中各元素實際（jì）所占的質量百分比（wt.%）。

 

 

以上表為例，在該合金中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（bǐ）為（wéi）6.25%，其它元素質量百分比可以此類推。目前，金屬化（huà）學成分檢測（cè）應用最廣的方法是化學分析（xī）法和光譜分析法。化學分（fèn）析法是利（lì）用化學反應來確定金屬的組成成分，可以實現金屬化學成分的定（dìng）性（xìng）分析（xī）和定量分析。光譜分析法是（shì）利用金屬中各種元素在高溫、高能量的激發下產生（shēng）的自己特有的特征光譜來確定金屬的化學成分（fèn）及大致含量，一般用於金屬化（huà）學（xué）成分的定性分（fèn）析。以上（shàng）兩種方法都要使用專業的檢測設備，由（yóu）專業的檢測（cè）機構（gòu）的人員完成。

 

大部（bù）分鑄態、鍛造的金屬的化學成分都有（yǒu）相應的行業標準或國標（biāo），以評價該金屬的化學成分指標是否合格。然而（ér），用於金屬3D打印的粉末技術新穎，業內（nèi）尚無相（xiàng）應（yīng）的行業標準或國（guó）標（biāo），業內通常認可的評（píng）價方法是沿用該金屬粉末對應的鑄態標準，或在該標準（zhǔn）的基礎（chǔ）上雙方協商放寬指標要求。

 

對於金屬3D打印而（ér）言，因為打印過程中金屬重熔後，元素以液體形（xíng）態存在，或者可能存在易揮發元素的揮（huī）發損失，且粉末的形態存在衛星球（qiú）、空心粉（fěn）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（yú）原始（shǐ）粉末或者母合金的成分，從而（ér）影響（xiǎng）到（dào）工件（jiàn）的致密（mì）性及其力學性能。因（yīn）此，對不同體係的金屬粉（fěn）末，氧含量均為一項重要指標，業內對該指標的一般要求（qiú）在1300~1500ppm，亦即氧（yǎng）元素在金屬中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間。由於目前用於金屬3D打印的粉末製備技術主要以霧化法為（wéi）主（包括高壓氣體霧化和旋轉電極霧化等技術），粉末存在大的比表麵積，容易產生氧化。因此粉末製備過程中要對氣氛進行嚴格控製。在航（háng）空航天等特殊應用領域，客戶對此指標（biāo）的要求（qiú）更為嚴格。部分客戶也要求控（kòng）製（zhì）氮含量指標，一般要求在500ppm以下，也即氮（dàn）元素在金屬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（jīn）屬粉末顆粒的在一定尺寸區間內（nèi）所占（zhàn）的體積百分（fèn）比的統（tǒng）計數據，一般情況下製備的粉末粒度（dù）分布呈正態分布（bù）。

 

 

以上圖為例，金屬（shǔ）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（fěn）末體積所占（zhàn）比例不低於10%。同理可知，d(50)= 33.478μm，d(90)= 57.663μm，說明在該粉末中，尺寸小於33.478μm的粉末比例不低於50%，小於57.663μm的（de）粉末比例不低於90%。

 

金屬粉末的粒度分布（bù）可以通（tōng）過激光粒度分析儀分析。目前金屬（shǔ）3D打（dǎ）印常用的粉末的（de）粒度（dù）範圍是（shì）15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉），部（bù）分場（chǎng）合下可放寬至105~150μm（粗粉），分別對應的顆粒目數範圍為：270~800目（細粉），140~270目（粗粉），100~270目（粗（cū）粉）。此粒度範圍是根據不同能量源的金屬打印機劃（huá）分的，以激光作為能量源的打印機，因其聚焦光斑精細，較易（yì）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；以等離子束作為能（néng）量源的打印機（jī），聚焦光斑略粗，更適於熔化粗粉，適合使用53~105μm為主，部分（fèn）場合下105~150μm的粉末作（zuò）為（wéi）耗材，粉末補給方式為同軸送粉（fěn）。

 

3、球形度、鬆裝密度、流（liú）動性等參考指標。

 

 

球形度也就是金屬粉末顆粒接近球體的程度（dù），一般通過掃描電子顯微（wēi）鏡（jìng）（SEM）定性分（fèn）析。上圖為不同金屬粉末的SEM形態照片，可以看出，左圖粉末顆粒的球形（xíng）度要優於右圖粉末。一般而（ér）言，球形度佳，粉末顆粒（lì）的流動（dòng）性也比較好（hǎo），在金屬3D打印時鋪粉及（jí）送粉更（gèng）容易進行控製，更易獲得更（gèng）高打印質量的零部（bù）件（jiàn）。

 

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，通常采用的單位為s/50g，可以通過霍爾流速計測量，數值愈小說明（míng）該粉末（mò）的流（liú）動性愈好。流動性也可以用休止角表征，休止角指在重力場中，顆（kē）粒在金屬粉末堆積層的自（zì）由斜麵上滑動（dòng）時所受重力和粒子之間（jiān）摩擦力達到平衡而（ér）處於靜止狀態下（xià）測得（dé）的最大角。這是一種檢驗金屬粉末流（liú）動性的簡易方（fāng）法，休（xiū）止角越小，摩擦力越小，流動性越好，越有利於鋪粉及送粉的進（jìn）行。

 

鬆裝密度是直（zhí）接鋪粉（fěn）得到的金屬粉末在一定（dìng）體積內的（de）質量，可以通過漏鬥法測量。鬆裝密（mì）度僅（jǐn）作為參考指標，表征粉（fěn）末在補（bǔ）給過程中堆垛密實程度，其（qí）對（duì）於金屬打印最終產（chǎn）品的密度影響尚無確論（lùn）。

 

以上是（shì）目前業內用於評價用於金屬（shǔ）3D打印粉末質量的技術指標介紹，由深圳（zhèn）微納增材技術有限公司為您提（tí）供，公司（sī）聯合上海大學（xué）、哈爾（ěr）濱工業大學等業內（nèi）領先的金屬材（cái）料研發團隊，開展（zhǎn）球形粉生產技術研（yán）發（fā）及生產，專注提（tí）供鈦合金（jīn）粉末、鎳合金粉末、不鏽鋼粉末、鋁合金粉末、模具鋼（gāng）粉末（mò）等（děng）各類工業級金屬3D打印粉（fěn）末耗材。公司（sī）產品在全球範圍內實現了廣泛的銷售，獲得（dé）了客戶的高度認可。