3D打印作為一種新興的製造技術，近年（nián）來發（fā）展迅速。然而，對（duì）於（yú）工業（yè）級金屬3D打印領域（yù），粉末耗材仍是製約該技術規模化應用的重要（yào）因素之一。目前，國內尚未製訂出（chū）金屬3D打印用材料標（biāo）準、工藝規範、零件性能標準等（děng）行業標準或國（guó）標。業內對於金屬粉末的評價指標，主要有化學成分、粒度分（fèn）布（bù）、粉末的球形度、流動性、鬆裝密（mì）度。其中，化學成分、粒度分布是金（jīn）屬（shǔ）3D打印領域用於評價金屬粉末質量的常用指標，球形度、流（liú）動性、鬆裝密度可作為評價質量的參考指標。

 

1、化（huà）學成分：金屬粉末中各元素實際所占的質量百分比（wt. %）。

 

在該（gāi）合金中Al元素的（de）檢測數據為6.25，表示Al元（yuán）素在該合金所占的質量百分比為6.25%，其它元素質量百（bǎi）分比可以此類推。目前，金屬（shǔ）化學成分檢測應用最廣的方法是化學分析法和光譜分析法。化（huà）學分析法是利用（yòng）化學（xué）反應來確定金屬的組成成分，可以實現金屬（shǔ）化學成分的定（dìng）性分析和定量分析（xī）；光譜（pǔ）分析法是利（lì）用金屬中各（gè）種元素（sù）在高溫、高能量的（de）激發下產生的自己特有的特征光（guāng）譜來確定金屬的化學成分及大致含量，一般用於金屬化學成分的定性分析。以上兩種方法都（dōu）要使用專業的（de）檢測設備，由專（zhuān）業的檢測機構的人（rén）員完成。

 

大部分鑄（zhù）態、鍛造的金屬的（de）化學成分都有相應的行業標準或國標，以評價該金屬的化學（xué）成分指（zhǐ）標是否合格。然而，用於金屬3D打（dǎ）印的粉末技（jì）術新穎（yǐng），業內尚無相應的行業標準或國標（biāo），業內通常認可的（de）評價（jià）方法是沿用該金屬粉末對應（yīng）的（de）鑄（zhù）態標（biāo）準，或在該標準的基礎上雙方協商（shāng）放寬（kuān）指（zhǐ）標要求。

 

對於金（jīn）屬3D打印而言，因為打（dǎ）印過程中金（jīn）屬重熔後，元素以氣體形態存在，有可能在局部生（shēng）成氣眼等缺陷，影響（xiǎng）工件致密性及力學（xué）性能。所（suǒ）以，對不同體係的金屬粉末，氧含量均為一項重要指標，業內對該指標的一般要求在（zài）1500ppm（ppm：百萬分之一）以下，也即氧（yǎng）元素（sù）在金屬中所占的質量百分比在0.13~0.15%之間，航空航天等特殊應用領域，客戶對此指標（biāo）的要求（qiú）更為嚴（yán）格。部分（fèn）客戶也要求控製氮含量（liàng）指標，一般要求在500ppm以下，也（yě）即氮元素在金屬中所占的質（zhì）量百分比在0.05%以下。

 

2、粒度分布：不同尺寸的金屬粉末顆粒的在（zài）一定尺寸區間內所占的體（tǐ）積百（bǎi）分比（bǐ）的統計數據，此（cǐ）數據呈正態分布。

 

金屬粉末顆（kē）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（bǐ）例不低於（yú）10%。以此可知，該粉末中，尺寸（cùn）小於33.478μm的粉末比例不低於50%，小於57.663μm的粉末（mò）比（bǐ）例不低於90%。

 

金屬（shǔ）粉末的粒度分布（bù）可以通過激（jī）光粒度分析儀分析。金屬3D打印常用的粉（fěn）末的粒度範（fàn）圍（wéi）是15~53μm（細粉），53~105μm（粗粉）。此粒度範圍是根據不同的能量源（yuán）的金屬（shǔ）打印機劃分（fèn）的，以（yǐ）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的粉末作為耗材，因為此粒度（dù）範圍內的粉末（mò）既有良好的流動性，又（yòu）較易容化，粉末補給方式（shì）為逐（zhú）層鋪粉；以等離子束作為能（néng）量源的打印機，聚焦光斑略粗，更適於熔化粗粉，適合（hé）使用53~105μm的粉末作（zuò）為（wéi）耗材，粉末（mò）補給方式為同軸送粉。

 

3、球形度、鬆裝密度、流動性等參考指標

 

球形度（dù）也就是金屬粉末顆粒接近球體的程度，一般通（tōng）過掃（sǎo）描（miáo）電子顯微鏡（SEM）定性的分析。上麵兩個圖為不同（tóng）金（jīn）屬（shǔ）粉末（mò）的（de）SEM形（xíng）態照片，可以看出，上圖粉末顆粒的球形度要優於下圖粉末。一般而言，球（qiú）形度佳，粉末顆粒（lì）的流動性也比較好，在金屬3D打（dǎ）印時鋪粉及送粉更容（róng）易進行。

 

流動性是指以一定量金（jīn）屬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（tōng）過霍爾流速計測量，數值愈小說明（míng）該（gāi）粉末的（de）流（liú）動性愈（yù）好。流動性也可以用休止（zhǐ）角表征，休止角指在重（chóng）力場（chǎng）中，顆粒在金屬粉末堆積層的自由斜（xié）麵上滑動時所受重力和粒子之間摩擦（cā）力達到平衡而處於（yú）靜止狀態下測得的最大角（jiǎo）。這是一種檢驗金屬粉末（mò）流動性的簡易方法，休止角（jiǎo）越小，摩擦力越小，流動性越好，越有利於（yú）鋪粉及送粉的進行。

 

鬆裝密度是直接鋪（pù）粉得到的金屬粉末在一定體積內的質量，可以通過漏鬥法測量。鬆裝密度僅作（zuò）為參考（kǎo）指標，表征粉末在補給過程中堆垛密實程度（dù），其對於金屬打印的終產品的密度（dù）影響並不確定。