揭秘金属粉末颗粒外形、粒度及其分布对3D打印成品的影响

───科利多克托罗（科幻小说作家）

我们都可以感想熏染得到，3D打印正在冲破传统的制造工艺局限。

下面是维也纳工业大学展示的利用一种经由改良的3D打印技能所打印出来的F1赛车模型，这个赛车模型尺寸为330130100 m，大小只有沙粒那么大，可谓"一沙一赛车"。

图 1 3D打印F1赛车模型

3D打印（3 Dimensional Printing）别号增材制造（material additive manufacturing），是一种使任何形状的三维固体物品通过数字模型得以快速实现的过程。
3D打印的本色是通过打算机赞助设计软件，将某种特定的加工样式进行一系列的数字切片编辑，从而天生一个数字化的模型文件，然后按照模型图的尺寸以某些特定的添加剂作为粘合股料，利用特定的成型设备即3D打印机，用粉末态、液态、丝状等的固体金属粉或可塑性高的物质进行分层加工、叠加成型使质料将这些薄型层面逐层熔融增加，从而终极"打印"出真实而立体的固态物体。
普通一点便是类似于挤牙膏，只不过挤出来的牙膏是按照一定程序规则堆叠成一个特定的形状构造。
3D 打印技能被称为"具有工业革命意义的制造技能"，是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技能，已成为当代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、生物医学、材料科学等领域得到了一定运用。

金属零件 3D 打印技能作为全体 3D 打印体系中最为前沿和最有潜力的技能，是前辈制造技能的主要发展方向。
3D 打印用金属粉末作为金属零件 3D 打印家当链最主要的一环，也是最大的代价所在。
下面就3D打印用金属粉末进行详细先容。

在"2013 年天下 3D 打印技能家昔时夜会"上，天下 3D 打印行业的威信专家对 3D 打印用金属粉末给予明确定义，即指尺寸小于 1mm 的金属颗粒群。
包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性子的某些难熔化合物粉末。
目前，3D 打印用金属粉末材料包括钴铬合金、青铜合金、工业钢、不锈钢、钛合金和镍铝合金等。
但是 3D 打印用金属粉末除需具备良好的可塑性外，还必须知足粉末粒径眇小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高档哀求。
下面对金属粉末颗粒形状、粒度及其分布对付3D打印产品质量的影响作详细先容。

颗粒形状：

在金属粉末制备过程中，粉末颗粒会随着制备方法的不同而呈现不同形状，如球形、近球形、多角形、多孔海绵状、树枝状等。
粉末的颗粒形状直接影响到粉末的流动性、松装密度，进而对所制备金属零件的性能产生影响。

一样平常来说，球形或者近球形粉末具有良好的流动性，在打印过程中不易堵塞供粉系统，能铺成薄层，进而提高3D打印零件的尺寸精度、表面质量，以及零件的密度和组织均匀性，是作为3D打印的首选质料形状类型。
但是要把稳，球形粉末的颗粒堆积密度小，空隙大，使得零件的致密度小，也会影响成形质量。

3D打印用金属粉末的制备技能的发展制约着3D打印金属零件行业的发展。
3D 打印用金属粉末低本钱制备技能的打破成为国内外研究职员亟需占领的难题。
近年来，国内外企业在 3D 打印金属粉末制备领域投入了大量的资金和技能力量，都取得了一定的进展。
下面为两种金属粉末，用飞纳台式扫描电镜比拟两种粉末的微不雅观描述，可知金属粉末A要优于金属粉末B。
金属粉末A基本上为饱满的球状颗粒，险些没有粘接在一块的。
而金属粉末B各种形状都有，球状、杆状以及不规则的形状等，有些粉末颗粒粘在一起，形成所谓的"卫星粉"。

金属粉末A

金属粉末B

粉末粒度及其分布：

一样平常来说，金属粉末的粒度越小，越有利于烧结的顺利进行，由于粒度越小，比表面积越大，烧结的驱动力也就越大。
此外，眇小的粉末颗粒之间的空隙小，相邻铺粉层之间连接紧密，有利于提高烧结致密化和烧结强度。
小颗粒的金属粉末还可以添补到大颗粒的空隙中，能够提高粉末的堆积密度，从而有利于提高打印的金属零件的表面质量和强度。
但是，并不是颗粒越细越好，如果细颗粒过多,在烧结过程中随意马虎涌现"球化"征象，易造成铺粉厚度不屈均。
所谓的"球化"征象，便是为使熔化的金属液表面与周围介质表面构成的体系具有最小的自由能，在表面张力的浸染下，金属液表面形状向球形表面转变的一种征象。
"球化"常日会使金属粉末熔化后无法凝固形成连续平滑的溶池，因而形成的零件疏松多孔，致使成型失落败。

3D 打印用金属粉末粒度的选取根据热源的不同也有所不同，一样平常来说，激光成形的粉末粒度在 30～50 m，而电子束成形的粉末粒度在 50～90 m。
当金属粉末的大颗粒和小颗粒以恰当的比例稠浊，才能得到高质量的3D打印金属产品。

依据上面的先容，我们可以知道对付金属粉末的粒度及其分布的检测相称主要。
目前对付这类金属粉末的粒度及其分布的检测的手段一样平常采取激光粒度仪。

BSE图片

颗粒识别图片

颗粒直径分布图

颗粒圆度-长径比散点图

先容了这么多，大家学到了吗？这篇文章部分内容参考了华南理工大学高超峰博士在粉末冶金期刊揭橥的《3D打印用金属粉末的性能特色及研究进展》。

关键词: 扫描电镜 台式扫描电镜 桌面扫描电镜 3D打印