金属3D打印材料粉体的工艺性能要求

　　与传统的减材制造方式相比，3D打印几乎不会造成金属材料浪费，而且这种“增材制造”直接成形的特点使得产品在生产过程中的设备问题大大减少。金属粉体材料是金属3D打印的原材料，其粉体的基本性能对最终的成型的产品品质有着很大的关系。金属3D打印对于粉体的要求主要在化学成分、颗粒形状、粒度及粒度分布、流动性、循环使用性等这几个方面。

　　化学成分

　　原料的化学主要成分包括金属元素和杂质，主要金属元素常用的有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及贵金属Ag、Au等。杂质有还原铁中的Si、Mn、C、S、P、O等，以及从原料和粉末生产中中混入的其他杂质等，粉体表面吸附的水及其他气体等。

　　在成型过程过程，杂质可能会与基体发生反应，改变基体性质，给产品品质带来负面的影响。掺杂物的存在也会使粉体熔化不均，易造成产品的内部缺陷。粉体含氧量较高时，金属粉体不仅易氧化，形成氧化膜，还会导致球化现象，影响产品的致密度及品质。

　　因此，需要严格控制原料粉体的杂质及掺杂以保证产品的品质，所以，3D打印用金属粉体需要采用纯度较高的金属粉体原料。

　　颗粒形状、粉体粒度及粒度分布

　　1、形状要求。常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。不规则的颗粒具有更大的表面积，有利于增加烧结驱动。但球形度高的粉体颗粒流动性好，送粉铺粉均匀，有利于提升产品的致密度及均匀度。因此，3D打印用粉体颗粒一般要求是球形或者近球形。

　　2、粉体粒度及粒度分布。研究表明，粉体是通过直接吸收激光或电子束扫描时的能量而熔化烧结，粒子小则表面积大，直接吸收能量多，更易升温，越有利于烧结。此外，粉体粒度小，粒子之间间隙小，松装密度高，成形后零件致密度高，因此有利于提高产品的强度和表面质量。但粉体粒度过小时，粉体易发生粘附团聚，导致粉体流动性下降，影响粉料运输及铺粉均匀。

　　所以细粉、粗粉应该以一定配比混合，选择恰当的粒度与粒度分布以达到预期的成形效果。

　　粉体的工艺性能要求

　　粉体的工艺性能主要包括松装密度、振实密度、流动性和循环利用性能。

　　1、松装密度是粉末自然堆积时的密度，振实密度是经过振动后的密度。球形度好、粒度分布宽的粉末松装密度高，孔隙率低，成形后的零件致密度高成形质量好。

　　2、流动性。粉体的流动性直接影响铺粉的均匀性或送粉的稳定性。粉末流动性太差，易造成粉层厚度不均，扫描区域内的金属熔化量不均，导致产品内部结构不均，影响成形质量。而高流动性的粉末易于流化，沉积均匀，粉末利用率高，有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均匀致密化。

　　3、循环性能。3D打印过程结束后，留在粉床中未熔化的粉末通过筛分回收仍然可以继续使用。但长时间的高温环境下，粉床中的粉末会有一定的性能变化。