粉末一致性對SLM 金屬3D列印的意義

金屬列印能夠應用到汽車、航空航天、能源、工業以及醫療領域，無論哪一個行業都難以承擔零件質量問題所帶來的損害。3D列印零件質量所涉及的關鍵技術一是工藝，二是材料，本期話題以SLM技術為例細數粉末材料一致性對金屬列印的意義。

金屬粉末霧化工藝的突破促進了SLM技術的發展，而粉末材料質量的提升則直接推動了金屬列印零件的應用。目前SLM常用的粉末粒度範圍為15-53μm，要求粉末具備良好的球形度、流動性以及低氧含量，然而由於霧化工藝困難，粉末質量存在很大問題。

1. 球形度問題

金屬粉末製備過程中，粉末顆粒會隨著製備方法的不同而呈現不同形狀，如球形、近球形、多角形等。粉末顆粒形狀直接影響粉末流動性和松裝密度，進而對所列印件的性能產生影響。

金屬列印粉末形態差異

一般來說，球形或者近球形粉末具有良好的流動性，能鋪成薄層，進而提高零件的尺寸精度和表面質量，零件也能獲得高密度和均勻性組織，是作為 3D 列印的首選原料形狀類型。但是要注意，球形粉末的顆粒堆積密度小，空隙大，使得零件的緻密度小，也會影響成形質量。

2.空心粉與衛星粉問題

空心粉

空心粉和衛星粉對材料品質是一大挑戰，此二者的存在會導致成型零件中殘留氣孔，甚至經熱等靜壓後此類孔洞也難以消除，對零件力學性能特別是疲勞性能帶來嚴重影響；空心粉導致的空氣夾帶，則會直接影響材料成分和列印的穩定性。

3.粉末粒度分布問題

粉末粒度雙峰分布

SLM用金屬粉末15-53μm的顆粒大小指標雖容易達到，但粉末粒度分布卻同樣會對零件的表面質量和力學性能帶來影響。據研究，同樣的粒度範圍內，以具有雙峰分布的金屬粉末為原料製得的零件緻密度最高。

4.材料循環使用問題

金屬列印過程中未熔化的粉末仍然可以作為原料繼續使用，但經過長時間的高溫成型過程，粉末床中的粉末氧含量會有一定程度的增加，這對於EBM來說影響更大。隨著使用次數增加，粉末成分、粒度分布、顆粒表面形貌都會發生變化。但目前的研究發現，SLM 成形試樣的顯微組織及力學性能與粉末循環次數無明顯關聯，而EBM成形試樣力學性能則與粉末循環次數形成明顯關係。針對於此點，仍需要深入研究。

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激光列印過程

除卻上述問題，金屬粉末材料還面臨著成分均勻、氧含量問題等。

金屬列印將用於超級大力神飛機製造

3D列印用金屬粉末的製備技術的發展制約著3D列印金屬零件行業的發展，近年來，在金屬3D列印技術迅猛發展的背景下，金屬粉末製造巨頭Sandvik、Carpenter、歐瑞康等紛紛加強了3D列印專用球形粉末產品的開發力度，針對於某一產品開發專用材料，一系列針對具體領域和具體零部件使用的粉末開始面世，這在加劇競爭的同時，也有利於促進金屬3D列印的安全應用。(3D列印技術參考）

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