第2章　3D打印用球形金屬粉末

在金屬3D打印領域，無論是粉末床熔融（powder bed fusion）技術還是定向能量沉積（directed energy deposition）技術，大多以金屬粉末為原料。因此，粉末的質量將直接影響打印零部件的性能。對于粉末床熔融技術而言，粉末粒度分布范圍一般為10～53μm，而定向能量沉積技術的粉末粒度通常在45～150μm范圍內。隨著粉末粒徑的降低，比表面積增大，粉末顆粒間的摩擦、團聚現象更為顯著，影響粉末的流動性，因此，粉末床熔融技術對粉末質量要求更高。本章內容論述的粉末性質也主要針對粉末床熔融技術。

金屬粉末屬于松散狀物質，其性能綜合反映了金屬本身的性質和單個顆粒的性狀及顆粒群的特性。一般將金屬粉末的性能分為物理性能、化學性能和工藝性能。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面積和真密度，粉末顆粒的形狀、表面形貌和內部顯微結構；化學性能是指合金元素含量和雜質含量；工藝性能則是一種綜合性能，包括粉末的流動性、松裝密度、振實密度、壓縮性等。此外，針對3D打印用途還對粉末的其他化學和物理特性有相應要求，如激光吸收系數、內摩擦系數等。根據化學成分的不同［1］，3D打印用金屬材料可以分為如下類型：

①純金屬材料　主要有Ti、Ni、Ta、Cu、Au等金屬。

②合金材料　目前無論是在科學研究還是工程應用領域，合金材料都占3D打印材料的絕大多數，其中又以Ni基、Ti基、Fe基和Al基材料為主，部分材料如Inconel 718、Ti-6Al-4V、316不銹鋼等已經在航空航天、醫療器械、模具生產等領域實現了3D打印的工程化應用，并取得了較為理想的效果。

③金屬間化合物　金屬間化合物往往具有與金屬材料迥異且出色的性能，然而較差的加工性能，嚴重限制了其應用范圍。3D打印技術有望解決上述問題，極大拓展金屬間化合物材料的應用領域和范圍。

④復合材料　復合材料的3D打印技術是該領域研究的前沿與熱點，非平衡冶金過程下的金屬基復合材料和陶瓷基復合材料將會越來越多地出現。

隨著人們對3D打印技術與其中物理冶金過程理解的不斷深入，面向3D打印技術的新材料設計與制備必將吸引更多的關注。