3D列印金屬原料粉體的要求

來自專欄 3D列印

　　與傳統的減材製造方式相比，3D列印幾乎不會造成金屬材料浪費，而且這種「增材製造」直接成形的特點使得產品在生產過程中的設備問題大大減少。金屬粉體材料是金屬3D列印的原材料，其粉體的基本性能對最終的成型的產品品質有著很大的關係。金屬3D列印對於粉體的要求主要在化學成分、顆粒形狀、粒度及粒度分布、流動性、循環使用性等這幾個方面。

　　化學成分

　　原料的化學主要成分包括金屬元素和雜質，主要金屬元素常用的有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及貴金屬Ag、Au等。雜質有還原鐵中的Si、Mn、C、S、P、O等，以及從原料和粉末生產中中混入的其他雜質等，粉體表面吸附的水及其他氣體等。

　　在成型過程過程，雜質可能會與基體發生反應，改變基體性質，給產品品質帶來負面的影響。摻雜物的存在也會使粉體熔化不均，易造成產品的內部缺陷。粉體含氧量較高時，金屬粉體不僅易氧化，形成氧化膜，還會導致球化現象，影響產品的緻密度及品質。

　　因此，需要嚴格控制原料粉體的雜質及摻雜以保證產品的品質，所以，3D列印用金屬粉體需要採用純度較高的金屬粉體原料。

　　顆粒形狀、粉體粒度及粒度分布

　　1、形狀要求。常見的顆粒的形狀有球形、近球形、片狀、針狀及其他不規則形狀等。不規則的顆粒具有更大的表面積，有利於增加燒結驅動。但球形度高的粉體顆粒流動性好，送粉鋪粉均勻，有利於提升產品的緻密度及均勻度。因此，3D列印用粉體顆粒一般要求是球形或者近球形。

　　2、粉體粒度及粒度分布。研究表明，粉體是通過直接吸收激光或電子束掃描時的能量而熔化燒結，粒子小則表面積大，直接吸收能量多，更易升溫，越有利於燒結。此外，粉體粒度小，粒子之間間隙小，松裝密度高，成形後零件緻密度高，因此有利於提高產品的強度和表面質量。但粉體粒度過小時，粉體易發生粘附團聚，導致粉體流動性下降，影響粉料運輸及鋪粉均勻。

　　所以細粉、粗粉應該以一定配比混合，選擇恰當的粒度與粒度分布以達到預期的成形效果。

　　粉體的工藝性能要求

　　粉體的工藝性能主要包括松裝密度、振實密度、流動性和循環利用性能。

　　1、松裝密度是粉末自然堆積時的密度，振實密度是經過振動後的密度。球形度好、粒度分布寬的粉末松裝密度高，孔隙率低，成形後的零件緻密度高成形質量好。

　　2、流動性。粉體的流動性直接影響鋪粉的均勻性或送粉的穩定性。粉末流動性太差，易造成粉層厚度不均，掃描區域內的金屬熔化量不均，導致產品內部結構不均，影響成形質量。而高流動性的粉末易於流化，沉積均勻，粉末利用率高，有利於提高3D列印成形件的尺寸精度和表面均勻緻密化。

　　3、循環性能。3D列印過程結束後，留在粉床中未熔化的粉末通過篩分回收仍然可以繼續使用。但長時間的高溫環境下，粉床中的粉末會有一定的性能變化。

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