3D打印作為一種新興的新一代先進製（zhì）造技（jì）術，近年來發展迅速。然而（ér），對（duì）於（yú）工業（yè）級金屬3D打印領域，粉末耗材（cái）仍是製約該技術規模化應用（yòng）的重要因素之一。目前（qián），國內尚未製訂出金屬（shǔ）3D打印用材料（liào）標準、工藝規範、零件性（xìng）能標準等行業標準或國標。業內對於金屬粉末（mò）的（de）評價指標（biāo）主要有化學成分、粒度分布、粉末的球形度、流動性、鬆裝密度等。其（qí）中，化學（xué）成分、粒度（dù）分布是金屬3D打印（yìn）領域用於評價金屬粉末（mò）質量（liàng）的常用指標，球形（xíng）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（fèn）：金屬（shǔ）粉末中各元素實際所占的質量百分比（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元素（sù）在該合金所占的質量百分比為6.25%，其它元素（sù）質量百分比可以此類（lèi）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（hé）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（zǔ）成成分，可以實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、高能量的激發下產生的自（zì）己特有的特征光譜（pǔ）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（fāng）法都要使用專業（yè）的檢測設備（bèi），由專業的檢測機構的人員完成。

 

大（dà）部分鑄態、鍛造的金屬的化學成分都有相應的行業標準或國標，以評價該金屬的化（huà）學成分指標是否合格。然（rán）而，用於金屬3D打（dǎ）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（shì）沿用該金屬粉末（mò）對應的鑄態標準，或在該標準的基礎上雙方（fāng）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（jīn）屬重熔後，元素（sù）以液體形態存在，或者可能存在易揮（huī）發元素的（de）揮發損失，且粉末的形態（tài）存在衛星球、空心粉等（děng）問題，因此有可能在局部生成氣孔缺（quē）陷（xiàn），或者造成打印後的零部（bù）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（xìng）能。因（yīn）此，對不同體係的金屬粉末，氧含量（liàng）均為一（yī）項重要指標（biāo），業內對該指標的一般要求在1300~1500ppm，亦即氧元素在金屬中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間。由於（yú）目前用於（yú）金屬3D打印的粉末製備（bèi）技術主要以霧化法為（wéi）主（包括高壓（yā）氣體霧化和旋轉電極霧化等技術），粉末存在大的比（bǐ）表麵積，容易產生（shēng）氧化。因此粉末（mò）製備過程中要對氣氛進行嚴格控製。在航空航天等特殊應用領域，客（kè）戶對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（dàn）元素在金屬（shǔ）中所占的質量百分比在0.05%以下。

 

2、粒度分布：不同尺寸（cùn）的金屬粉末顆粒的在一定尺寸（cùn）區間內所占的體積百分比的統計數據，一般情（qíng）況下（xià）製備的粉末（mò）粒度分布呈（chéng）正態分布。

 

 

以上圖為例，金屬粉（fěn）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%。同理可知，d(50)= 33.478μm，d(90)= 57.663μm，說明在該粉末中，尺（chǐ）寸小於33.478μm的粉（fěn）末比例不低於50%，小於（yú）57.663μm的粉末比例不低於90%。

 

金屬粉末的粒度分布（bù）可以通過激（jī）光粒度分析儀分（fèn）析。目前金屬3D打印（yìn）常用的粉末的粒度範圍是15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉），部（bù）分場合（hé）下可放寬至105~150μm（粗（cū）粉），分別對應的顆粒目數範（fàn）圍為（wéi）：270~800目（細粉（fěn）），140~270目（粗粉（fěn）），100~270目（粗粉）。此（cǐ）粒度範圍（wéi）是（shì）根據（jù）不同能量源的金屬（shǔ）打印機劃分的，以激光作為能量源的打印機，因其聚焦光斑精細，較易熔化細粉，適合使用15~53μm的（de）粉末作（zuò）為耗材（cái），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，聚焦光斑略粗，更適（shì）於熔化粗粉，適合使用（yòng）53~105μm為（wéi）主（zhǔ），部分（fèn）場合下105~150μm的粉末作為耗材（cái），粉末補給方式為同軸送粉。

 

3、球形度、鬆（sōng）裝密（mì）度、流動性等參考指標（biāo）。

 

 

球形度也就是金屬粉末顆粒接近球體的程（chéng）度，一般通過掃描電子顯微鏡（jìng）（SEM）定性（xìng）分析。上圖為不同金屬粉末的SEM形態照片，可以（yǐ）看出，左圖粉（fěn）末顆粒的球形度要優於右圖粉末。一般（bān）而言，球形度佳，粉末顆粒的流動性也比較好，在金屬3D打印時鋪粉及送粉更容易進行控製，更（gèng）易獲（huò）得更高打印質量的零部件。

 

流（liú）動性是指以一定量金屬（shǔ）粉末顆粒流過規定孔徑的量具所需要（yào）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（xiǎo）說明該粉末的流動性愈好。流動性也可（kě）以用休止角表征，休止角指在重力場中，顆粒在金屬粉末堆積層的自由斜麵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（tài）下測得的最大角。這是一種檢驗金屬粉末流動性的簡（jiǎn）易方法，休止角越小，摩擦力越小，流動（dòng）性越好（hǎo），越有利於鋪（pù）粉及送粉的進行。

 

鬆裝密度是直接（jiē）鋪粉得到（dào）的金屬粉末在一定體（tǐ）積內的質（zhì）量，可以通過漏鬥法測量。鬆裝密（mì）度僅作為參考指標，表征粉末（mò）在補給過程中堆垛密實程度，其對於金屬打印最終（zhōng）產品的密度影響尚無確論（lùn）。

 

以上是目前業（yè）內用於評（píng）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（yǒu）限公司為您提供，公司聯合上海（hǎi）大學、哈爾濱工業（yè）大學等業（yè）內領先的金屬材料（liào）研發團隊，開展球形粉生產技術研發及生（shēng）產，專注提供鈦合金粉末、鎳合金粉（fěn）末、不鏽鋼（gāng）粉末、鋁合金粉末、模具鋼粉末等各類工業級金屬3D打印粉末耗材。公司產（chǎn）品（pǐn）在全球範圍內實現（xiàn）了廣泛（fàn）的銷售，獲得了客戶的高度認可。