金属3D 打印技术及其专用粉末特征与应用

李林尧 烟台文化旅游职业学院

随着金属的3D 打印技术得到了进一步的改进。例如，金属的3D 打印速度比传统的加工方法慢且成本高，3D 打印零件的表面精度与数字加工零件的表面精度略有不同。国内金属粉末技术尚不成熟，大部分必须从国外进口，质量研究必须进行自主机械粉末是下一阶段研究的主要目标；另一方面，引进新材料是随着3D 印刷技术的发展而探索的方向之一。

一、金属3D 打印技术概况及其特点

金属3D 打印的出现激发了传统制造业的制造理念，具体如下：

1.直接成形：所需工件可以直接得到，以减少材料浪费。与常规金属加工相比，有些甚至大多数金属需要切割和研磨。3D 打印生产提高了金属利用率和环境保护。

2.缩短产品开发周期：从设计到生产，再到3D 列印技术，减少元件数量，节省时间，减少库存。

3.无须组装：制品逐层制造3D 打印过程，产品不仅可以形成零件，还可以形成链条零件，例如平面连杆、万向节，以减少生产资源的使用，降低生产周期的供应链和生产成本。

4.复杂零件可以更好地制造：在传统制造中，零件更复杂，生产和加工成本更高。但是，复杂程度不同的3D 打印在时间、技术和成本方面几乎没有什么不同。

5.个性化定制门槛更低，用于生产较小的产出量，而无须改变形状。只需修改设计，然后打开大型设计空间。金属3D 打印技术经济实惠，速度快，内外兼收并蓄，具有广阔的前景。

二、3D 打印金属粉末的基本要求

金属粉末是金属3D 打印工艺的原料，直接用于金属3D 打印技术的生产研究。性能在很大程度上取决于形状的最终效果。为此，高质量粉末对于金属三维打印技术的发展至关重要，描述3D 打印金属粉末特征的区域有三个。

1.化学成分。用于3D 打印的金属粉末的化学成分包括主要金属元素和复杂元素。最常见的元素包括铁、钛、镍、铝、铜、钴、铬以及银和金。碳氢化合物主要由金属或非金属化合物组成，例如硅、锰、碳、硫、磷、还原铁中的氧、粉末制造过程中添加的原料和机械混合物、SiO2、Al2O3 等不溶性酸性物质、硅酸盐、不溶性金属碳化物、氧、水蒸气等。吸附在粉末表面。激光或电子束扫描粉末时，杂质一方面与贱金属发生反应，改变贱金属的性能，影响3D 打印零件的质量；另一方面，复杂性会影响基础金属的质量，混合元素的存在会导致粉末和成品零件内部错误的混合不均匀，机械混合会对零件的强度产生特别不利的影响。非金属混合料的分布和形状对产生的零件有不同的影响。高氧气含量的贵金属高温不仅影响零件性能，而且直接导致球形，从而降低密度和零件质量。钢铁中碳、磷、硫、氧、氮的韧性非常有害。为此，需要严格控制各种成分和粉末组装，以保证零件的质量。

2.颗粒的形状、大小和分布。常见的粉末形式包括球形、近球形、片状、树枝状等。不规则粉末的表面大于表面，可以吸收更多激光能量，提高燃烧性能。此外，孔隙促进液体的传递。但是，由于球形流动性高、送粉流畅、粉末均匀分布等原因，可以提高零件的密度和结构均匀性，保证成型质量。因此，用于3D 打印的粉末通常为球形或近球形。金属粉末颗粒是粉末颗粒的大小。结果表明，粉末颗粒通过直接吸收激光扫描或电子束的能量而熔化和链接。小颗粒大于表面，直接吸收更多能量，在高温下更容易熔化。一般来说，粉末颗粒越小，分布越均匀，过程越平滑，形状越好。另一方面，细颗粒粉末具有空间小、体积密度高的特点，从而提高了产品密度和表面质量。但是，如果粒子太小，则可以轻松地插入并组合它们，以防止粒子运动，从而导致粉末分布不均。因此，细材质和粗材质必须成比例地混合在一起，并且必须粒度与粒度适当的分布，才能达到所需的效果。

3.粉末技术要求。粉末的技术特点包括松装、振实密度、移动性和回收性能。松装密度是粉末自发积累的密度，振实密度是振荡后的密度。粉末的流动性是粉末的主要特点之一。粉末流动性直接影响SLM 过程中粉末的一致性和送粉过程中粉末的稳定性。粉末流动性低，容易粘附、抱团，混合不均匀，粉末涂层厚度不均匀，扫描仪玻璃区域金属熔胶量不均匀，零件内部结构不均匀，模具质量受到影响；检查3D 打印的尺寸精度和均匀表面密度。

三、金属3D 粉末用途

铁材质是最常用于3D 打印的金属材质。它具有优良的机械性能、高温和耐蚀性。它还提供了更高的性价比，适合于大型产品的打印。主要用于各种工程机械、零件、模具。其中，奥氏体不锈钢粉末304 和316 已成为3D 打印金属市场的典型加工材料。镍基材料具有良好的高温、防氧和耐腐蚀力学性能，广泛应用于航空航天、造船、石油化工等领域。用镍粉对每一层用镍合金制造的高压涡轮机的印刷电路板进行部分修理。减少激光金属矿床的热流有助于防止元件变形。铜和铜合金具有良好的导电性、导热性、耐磨性和耐磨性。主要用于航空航天，电子机械零件加工。

金属3D 打印的兴起对社会的生产和生活产生了重大影响，并深刻改变了传统的工艺、概念和制造方法。如今，3D 打印金属的金属零件与传统的成型和锻造方法一样有用。许多难以使用传统工艺制造的零件也可以使用金属3D 打印技术进行成型。