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3D打印金屬原料粉體的工藝性能要求

與傳統(tǒng)的減材制造方式相比，3D打印幾乎不會(huì)造成金屬材料浪費(fèi)，而且這種“增材制造”直接成形的特點(diǎn)使得產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的設(shè)備問題大大減少。

金屬粉體材料是金屬3D打印的原材料，其粉體的基本性能對最終的成型的產(chǎn)品品質(zhì)有著很大的關(guān)系。金屬3D打印對于粉體的要求主要在化學(xué)成分、顆粒形狀、粒度及粒度分布、流動(dòng)性、循環(huán)使用性等這幾個(gè)方面。

化學(xué)成分

原料的化學(xué)主要成分包括金屬元素和雜質(zhì)，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(zhì)有還原鐵中的Si、Mn、C、S、P、O等，以及從原料和粉末生產(chǎn)中中混入的其他雜質(zhì)等，粉體表面吸附的水及其他氣體等。

在成型過程過程，雜質(zhì)可能會(huì)與基體發(fā)生反應(yīng)，改變基體性質(zhì)，給產(chǎn)品品質(zhì)帶來負(fù)面的影響。摻雜物的存在也會(huì)使粉體熔化不均，易造成產(chǎn)品的內(nèi)部缺陷。粉體含氧量較高時(shí)，金屬粉體不僅易氧化，形成氧化膜，還會(huì)導(dǎo)致球化現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的致密度及品質(zhì)。

因此，需要嚴(yán)格控制原料粉體的雜質(zhì)及摻雜以保證產(chǎn)品的品質(zhì)，所以，3D打印用金屬粉體需要采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(guī)則形狀等。不規(guī)則的顆粒具有更大的表面積，有利于增加燒結(jié)驅(qū)動(dòng)。但球形度高的粉體顆粒流動(dòng)性好，送粉鋪粉均勻，有利于提升產(chǎn)品的致密度及均勻度。因此，3D打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(shí)的能量而熔化燒結(jié)，粒子小則表面積大，直接吸收能量多，更易升溫，越有利于燒結(jié)。此外，粉體粒度小，粒子之間間隙小，松裝密度高，成形后零件致密度高，因此有利于提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面質(zhì)量。

但粉體粒度過小時(shí)，粉體易發(fā)生粘附團(tuán)聚，導(dǎo)致粉體流動(dòng)性下降，影響粉料運(yùn)輸及鋪粉均勻。

所以細(xì)粉、粗粉應(yīng)該以一定配比混合，選擇恰當(dāng)?shù)牧６扰c粒度分布以達(dá)到預(yù)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(shí)密度、流動(dòng)性和循環(huán)利用性能。

1、松裝密度是粉末自然堆積時(shí)的密度，振實(shí)密度是經(jīng)過振動(dòng)后的密度。球形度好、粒度分布寬的粉末松裝密度高，孔隙率低，成形后的零件致密度高成形質(zhì)量好。

2、流動(dòng)性。粉體的流動(dòng)性直接影響鋪粉的均勻性或送粉的穩(wěn)定性。粉末流動(dòng)性太差，易造成粉層厚度不均，掃描區(qū)域內(nèi)的金屬熔化量不均，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均，影響成形質(zhì)量。而高流動(dòng)性的粉末易于流化，沉積均勻，粉末利用率高，有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表

面均勻致密化。

3、循環(huán)性能。3D打印過程結(jié)束后，留在粉床中未熔化的粉末通過篩分回收仍然可以繼續(xù)使用。但長時(shí)間的高溫環(huán)境下，粉床中的粉末會(huì)有一定的性能變化。