金属3D打印

金属3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最具潜力的技术，是先进制造技术的重要发展防线。随着科技发展及推广应用的需求，利用快速直接成型制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。而对于工业级金属3D打印领域，粉末耗材仍是制约该技术规模化应用的重要因素之一，这是由于用于增材制造的粉末具有不同于传统粉末所需要的粉末特性，不仅要求粉末纯度高、杂质含量低，还必须满足粉末粒径细小、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。

目前，国内尚未制订出金属3D打印用材料标准、工艺规范、零件性能标准等行业标准或国标，在业内评价金属粉末时，通常将化学成分、粒度分布作为常用指标，球形度、流动性、松装密度可作为检测指标。

本文主要来阐述化学元素分析、粒度分布及球形度这几个3D打印金属粉末性能评价检测项目。

项目一：化学元素分析

1. 3D打印金属材料中最重要的指标当然就是化学成分定性、定量分析。

所以，对于金属原材料及最终的粉末成品，为了监测样品的纯度等品质，都需要进行成分及含量检测。

2. 3D打印用金属粉末对纯净度要求也很高，除测定主要元素及杂质元素外，氧、氮、氢含量也有要求。

金属3D打印过程中，金属重熔时，元素以液体形态存在，或者可能存在易挥发元素的挥发损失，且粉末存在卫星球、空心粉等形态问题，因此有可能在局部生成气孔缺陷，或者造成打印后的零部件的成分异于原始粉末或者母合金的成分，从而影响到工件的致密性及其力学性能。

另外，由于目前3D打印金属粉末制备技术主要以雾化法为主（包括超音速真空气体雾化和旋转电极雾化等技术），粉末存在大的比表面积，容易产生氧化。

因此，对不同体系的金属粉末，氧含量均为一项重要指标，对于普通的金属粉末，如不锈钢，含氧量要求在800-900ppm以下，对于活泼金属，如钛合金，一般要求在1300-1500ppm，在航空航天等特殊应用领域，客户对此指标的要求更为严格。此外，部分客户也要求控制氮含量，一般要求在500ppm以下。

项目二：粒度分布

金属3D打印常用的粉末粒度范围是15-53μm（细粉），53-105μm（粗粉），部分场合下可放宽至105-150μm（粗粉）。

目前市场上主流SLM 成形设备要求的铺粉层厚是20-50μm。而GBT1480-2012《金属粉末干筛分法测定粒度》适用于大于45微米的粉末颗粒，所以已不太能满足金属3D打印粉末粒度测试要求。

更多粒度测量方法详情介绍请参考：常用粒度测量方法与激光粒度分析仪的基本原理

项目三：球形度

SLM 成形专用金属粉末是通过气雾化法制备得到的，颗粒一般呈球状，但也会出现形状不规则的颗粒，颗粒球形度直接影响粉末的流动性和松装密度。

目前球形度的常规测定方法是用电镜来观察，但电镜过于耗时，一次检测量也只有几百个颗粒，不具有代表性，而且电镜法没有量化检测标准，所以电镜法不能作为质量监测手段，而动态图像法很好的解决了这些问题。

总结

随着增材制造的快速发展，原材料质量监控环节及其原材料检测技术也需要加快发展，才能为整个制造过程把好关。

其中，元素分析和粒度粒形检测是重要环节。检测元素浓度的方法有很多，为了使所有待检测的元素释放出来，大多数方法需要进行样品前处理，而采用燃烧或熔融法，样品则可以直接进样测量，不需要进行前处理，方法简单可靠。