3D打印金属原料粉体的要求
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3D打印金属原料粉体的要求
与传统的减材制造方式相比，3D打印几乎不会造成金属材料浪费，而且这种“增材制造”直接成形的特点使得产品在生产过程中的设备问题大大减少。
金属粉体材料是金属3D打印的原材料，其粉体的基本性能对最终的成型的产品品质有着很大的关系。金属3D打印对于粉体的要求主要在化学成分、颗粒形状、粒度及粒度分布、流动性、循环使用性等这几个方面。
化学成分
原料的化学主要成分包括金属元素和杂质，主要金属元素常用的有Fe、Ti、Ni、Al、Cu、Co、Cr以及贵金属Ag、Au等。杂质有还原铁中的Si、Mn、C、S、P、O等，以及从原料和粉末生产中中混入的其他杂质等，粉体表面吸附的水及其他气体等。
在成型过程过程，杂质可能会与基体发生反应，改变基体性质，给产品品质带来负面的影响。掺杂物的存在也会使粉体熔化不均，易造成产品的内部缺陷。粉体含氧量较高时，金属粉体不仅易氧化，形成氧化膜，还会导致球化现象，影响产品的致密度及品质。
因此，需要严格控制原料粉体的杂质及掺杂以保证产品的品质，所以，3D打印用金属粉体需要采用纯度较高的金属粉体原料。
颗粒形状、粉体粒度及粒度分布
1、形状要求。常见的颗粒的形状有球形、近球形、片状、针状及其他不规则形状等。不规则的颗粒具有更大的表面积，有利于增加烧结驱动。但球形度高的粉体颗粒流动性好，送粉铺粉均匀，有利于提升产品的致密度及均匀度。因此，3D打印用粉体颗粒一般要求是球形或者近球形。
2、粉体粒度及粒度分布。研究表明，粉体是通过直接吸收激光或电子束扫描时的能量 更智慧的3D打印综合应用服务提供商
而熔化烧结，粒子小则表面积大，直接吸收能量多，更易升温，越有利于烧结。此外，粉体粒度小，粒子之间间隙小，松装密度高，成形后零件致密度高，因此有利于提高产品的强度和表面质量。但粉体粒度过小时，粉体易发生粘附团聚，导致粉体流动性下降，影响粉料运输及铺粉均匀。
所以细粉、粗粉应该以一定配比混合，选择恰当的粒度与粒度分布以达到预期的成形效果。
粉体的工艺性能要求
粉体的工艺性能主要包括松装密度、振实密度、流动性和循环利用性能。
1、松装密度是粉末自然堆积时的密度，振实密度是经过振动后的密度。球形度好、粒度分布宽的粉末松装密度高，孔隙率低，成形后的零件致密度高成形质量好。
2、流动性。粉体的流动性直接影响铺粉的均匀性或送粉的稳定性。粉末流动性太差，易造成粉层厚度不均，扫描区域内的金属熔化量不均，导致产品内部结构不均，影响成形质量。而高流动性的粉末易于流化，沉积均匀，粉末利用率高，有利于提高3D打印成形件的尺寸精度和表面均匀致密化。
3、循环性能。3D打印过程结束后，留在粉床中未熔化的粉末通过筛分回收仍然可以继续使用。但长时间的高温环境下，粉床中的粉末会有一定的性能变化。
3d打印金属粉末材料制备方法【干货技巧】
金属3D打印机火了之后，金属3D打印粉末材料也跟着开始火了，而3D打印金属粉末市场将保持高增长的态势，目前国内外3D打印金属粉末的制备工艺——气雾化技术的最新进展，广东银纳科技有限公司对3D打印金属粉末制备技术的现状进行分析，提出一些意见。
3D打印技术是一种新型的打印技术，其突出优点在于无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。3D打印金属粉末作为金属零件3D打印最重要的原材料，其制备方法备受人们关注，3D打印金属粉末作为金属零件3D打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。
在“2013年世界3D打印技术产业大会”上，世界3D打印行业的权威专家对3D打印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质的某些难熔化合物粉末。目前，3D打印金属粉末材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等。但是3D打印金属粉末除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。为了进一步证明3D打印金属粉末对产品的影响。
采用选择性激光烧结法（SLS法）打印两种不同的不锈钢粉末，发现制备出的产品存在明显差异。德国某厂家的不锈钢粉末打印样品表面光泽、收缩率小、不易变形、力学性能稳定。而国内某厂家的不锈钢粉末的打印样品则远远不及前者。为此，对两种不同的不锈钢粉末进行的微观形貌分析。
金属粉末的制备工艺
目前，粉末制备方法按照制备工艺主要可分为：还原法、电解法、羰基分解法、研磨法、雾化法等。
其中，以还原法、电解法和雾化法生产的粉末作为原料应用到粉末冶金工业的较为普遍。但电解法和还原法仅限于单质金属粉末的生产，而对于合金粉末这些方法均不适用。雾化法可以进行合金粉末的生产，同时现代雾化工艺对粉末的形状也能够做出控制，不断发展的雾化腔结构大幅提高了雾化效率，这使得雾化法逐渐发展成为主要的粉末生产方法。雾化法满足3D打印耗材金属粉末的特殊要求。雾化法是指通过机械的方法使金属熔液粉碎成尺寸小于150μm左右的颗粒的方法。
3D打印TC4钛合金粉末制备方法及组织性能研究
3D打印TC4钛合金粉末制备方法及组织性能研究
孙小燕;殷韦韦;袁力
【摘 要】3D打印技术是一种快速成型技术,钛及钛合金由于具有优异的物理、化学和力学性能,广泛应用于多个领域,钛及钛合金粉末是3D打印重要的原料.介绍了制备钛及钛合金粉末的几种主要方法,重点阐述了等离子旋转电极雾化法制备钛合金粉末的原理,并对其微观组织演变规律和热处理方法进行了研究.研究结果表明,此方法制备的TC4钛合金粉末,易获得近球形的颗粒粉末,表面光洁,流动性好,具有良好的粉末特征;钛合金的显微组织由粗大柱状晶组成,柱状晶沿着堆积层的方向生长,由于温度梯度的影响,远离基材区域的晶粒尺寸大于靠近基材区域的晶粒尺寸,原始柱状晶的内部微观组织由细针状α相马氏体组成.采用固溶+时效热处理,加以空冷的冷却方式,使得在970 ℃/AC/1h+540℃/AC/4h条件下形成的网篮组织,强度和塑性都较好,其性能满足TC4合金3D打印要求.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2018(000)008
【总页数】5页(P181-184,217)
【关键词】TC4钛合金;3D打印;微观组织;热处理
【作 者】孙小燕;殷韦韦;袁力
【作者单位】池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000 【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.2
3D打印（Three Dimensional Printing）是快速成型技术之一。利用粉末状塑料或金属等可粘合性材料，通过离散堆积原理[1]，根据三维实体模型，通过分层软件，按一定厚度进行分层，将三维数字模型转换成厚度很薄的二维平面模型，再逐层打印构成实物的技术。
钛合金具有高强度，低弹性模量和低密度，极好的抗疲劳性和耐腐蚀性等优点，迅速增长的激光3D打印行业的领先材料[2]，特别得到航空航天和医疗领域的青睐。钛合金根据退火态下组织分为α型、β型及α+β型三类 。牌号是“T”后分别跟A、B、C和顺序数字号，如TA4～TA8表示α型；TB1～TB2表示β型；而TC1～TC10表示α+β型。α型钛合金室温强度较低（σb约 850 MPa），但高温（500～600℃）强度（500℃时，σb=400 MPa）和蠕变强度却居钛合金之首；且该类合金组织稳定，耐蚀性优良，塑性及加工成型性好，还具有优良的焊接性能和低温性能；β型钛合金在淬火态塑性韧性很好，冷成型性好；但该合金密度大，组织不够稳定，耐热性差，使用不太广泛；α+β型钛合金兼有α型及β型钛合金的特点，有非常好的综合性能，应用最为广泛。
3d打印陶瓷粉体材料的要求
3d打印陶瓷粉体材料的要求
3D打印陶瓷粉体材料有以下几个主要要求：
1. 粒度分布：粉体材料的颗粒粒度要均匀分散，这样才能保证打印出来的产品表面光滑均一。
2. 粘结性：粉体材料需要在打印过程中具有足够的粘结力，能够将颗粒牢固地粘结在一起，以保证产品的结构强度和稳定性。
3. 气孔率：陶瓷粉体材料打印完成后需要进行烧结处理，因此需要尽量减少粉体中的气孔，以保证烧结后产品的致密性和力学性能。
4. 烧结性能：粉体材料在烧结过程中需要有足够的烧结活性，能够在适当的温度下完成烧结过程，并且能够实现高温下的稳定性。
5. 热膨胀系数：由于3D打印的陶瓷产品通常需要进行高温处理，所以材料的热膨胀系数需要与其它组件相匹配，以保证产品的尺寸稳定性。
6. 成本和可用性：陶瓷粉体材料的成本和供应可用性也是重要的考量因素，需要考虑材料的价格以及市场上的供应情况。
sls3d打印技术原理
- 1 - sls3d打印技术原理
SLS 3D 打印技术原理
一、基本原理
SLS（Selective Laser Sintering）3D 打印技术是属于数码激光烧结技术的一种，主要是以二维激光扫描技术，精确地在所需要的位置，将先进的粉末材料进行烧结，从而形成所需要的三维物体形态的一种造型技术。
SLS 打印机首先在烧结平台上由激光将物料烧结成第一层，激光源产生的高能量热能使粉末材料融合；然后再加入第二层的物料，激光照射将第二层材料和第一层完全融合，经过不断重复激光和物料的层层叠加，最终获得所需要的三维物体。
二、基本流程
1）打印准备
使用 SLS 打印机制作所需要的物体，首先需要准备3D模型的CAD数据，可以使用计算机辅助设计软件（CAD），把现实中的对象、结构或图案进行数字模拟，生成打印所需要的3D模型的CAD数据。
2）粉末材料预处理
粉末材料必须具备很好的光敏性，及良好的金属烧结特性，我们需要对物料进行粉体的调配及筛选，确保烧结出物料的性能满足现实要求。
3）设备备料 - 2 - 根据不同的粉末材料，调节烧结温度、激光能量、聚焦位置，完成设备的备料，确保设备能正常运行。
4）激光扫描模型
根据CAD设计的3D模型，使用激光扫描技术，精准地烧结物料，多次重复，最终获得所需要的三维物体。
5）最后烧结
完成模型的烧结后，设备会给物体整体加热，使烧结物料进入更稳定的热反应状态，确保烧结物料的性能符合标准要求。
3D打印金属粉末的制备方法
3D打印金属粉末的制备方法
金属3D打印零件的质量好坏很大程度取决于金属原材料的性能，金属增材制造的原料主要有粉末和丝材两种，其中，以粉末材料的应用较为广泛，例如，激光金属沉积和选区激光熔化等快速成形制造工艺普遍采用金属粉体材料作为原材料。目前增材制造领域常用的金属粉末粒度范围为15~53μm(细粉)、53~150μm(粗粉)。
增材制造金属粉末的选用一般基于三种因素：能量热源、粉末补给方式、产品尺寸和精密度需求。
工艺类型 对粉体的要求
选区激光熔化SLM 粉末粒度为15~53μm，球形度达到98%以上，要求尽量少的卫星粉，含氧量小于1×10−4，以及高的松装密度等。铺粉型增材制造设备受限于成形室的空间尺寸一般应用于打印中小型构件。
电子束选区熔化EBSM 同等功率下能量密度大,比较合适的粉末粒度为53~150μm，其他参数与SLM工艺相差不大。同属铺粉型增材制造。
激光金属沉积LMD 对粉末粒度具有相对较宽的适应性，并且适合打印大尺寸和大加工余量的零件，粉末应用跨度可从几十微米的细粉到数百微米的粗粉。虽然细粉末适合打印精细结构，但粉末粒度小于40μm时，送粉稳定性会变差，且细粉还易堵塞喷嘴，不利于成形；相反粉末粒度过大，喷嘴处会出现粉末飞溅降低粉末利用率，而且熔化时需要采用高功率，这时过大的热输入又将影响某些材料的力学性能。
一般采用53~150μm的粉末作为耗材，粉末同样要求具有较好的球形度(大于85%)，较低的含氧量(低于3×10−4)和较好的均匀性等。
↓↓选区激光熔化工艺（SLM）
↓↓激光金属沉积制造工艺（LMD）
3D打印专用金属粉末制备方法
目前，3D打印（增材制造）专用金属粉末制备方法主要包括雾化法(以气雾化为主，包括真空气雾化(VIGA)和电极感应雾化(EIGA)等)和等离子法(等离子旋转电极雾化(PREP)、等离子熔丝雾化(WPA)和等离子球化技术(PA)等)
①气雾化：
金属3D打印材料有哪些
提到3D打印技术，相信模材学院的朋友们都不会陌生。我们平时在媒体上看到的3D打印或者增材制造，一般都是在指代同一种技术。这项技术以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。
金属3D打印材料可应用在哪些领域?
金属3D打印材料的应用领域相当广泛，例如，石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。
但是，因为金属3D打印材料本身的材料属性，其都有特定的应用领域范围，因此，金属3D打印材料选择的过程是一个权衡多个因素的过程。而且，3D打印金属不能仅仅凭借金属3D打印机的参数来衡定，每种金属材料都有适合自身特性的极限点，包括应用、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性都是设计师要考虑的因素。
金属3D打印材料有哪些呢?
现今，国内外金属3D打印机采用的金属粉末一般有：
工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。
【工具钢和马氏体钢】
以工具钢和马氏体钢为例，工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗形变能力，以及在高温下保持切削刃的能力。模具H13热作工具钢就是其中一种，能够承受不确定时间的工艺条件;马氏体钢，以马氏体300为例，又称“马氏体时效”钢，在时效过程中的高强度、韧性和尺寸稳定性都是众所周知的。他们与其他钢不同，因为他们是不含碳的，属于金属间化合物，通过丰富的镍、钴和钼的冶金反应硬化。由于高硬度和耐磨性，马氏体300才适用于许多模具的应用，例如，注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等，同时，其也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。
【不锈钢】
不锈钢与碳钢不同，目前的铬含量不同，10.5%铬含量最低的钢合金，不锈钢不容易生锈腐蚀。目前，应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种：奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。
非凡士3D打印：详解5种金属3D打印技术原理和特点对比!
文档
1 / 8 详解5种金属3D打印技术原理和特点对比！
随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的主要金属3D打印工艺有：包括选择性激光烧结（Selective Laser Sintering， SLS）技术、直接金属粉末激光烧结（Direct
Metal Laser Sintering，DMLS）、选择性激光熔化（Selective Laser Melting， SLM）技术、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping， LENS）技术和电子束选择性熔化（Electron Beam Selective Melting， EBSM）技术等。
一、选择性激光烧结（SLS）
选择性激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。
SLS 技术原理及其特点
整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后，工作活塞下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。 文档
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SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS 半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，导致熔融材料流动性差，将出现 SLS 快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层，从而阻碍SLS 过程顺利开展。
EIGA及VIGA制粉工艺
一、EIGA（electrode induction melting gas atomization）—电极感应气雾化制粉设备
1.设备用途
适用于高纯钛、铌、锆等高活性金属及其合金粉末制备，满足3D打印、粉末冶金、注
射成型等领域所需的纯度、球形度及粒度要求，实现低成本、高效率、大批量加工生产。
2.技术特点
（1）将气雾化技术与电极感应熔炼技术相结合，摒弃与金属熔体相接触的坩埚等部件，
可以有效降低熔炼过程中杂质引入，实现活性金属的安全、洁净熔炼；
（2）熔滴在惰性高压气雾化过程中实现快速凝固（103-106K/s），组织均匀，无偏析或
微偏析；
（3）通过技术优化实现粉末粒度分布、球形度和增氧量等技术指标的有效控制；
（4）采用二级旋风分级收集系统设计，提高粉末收得率，减少或杜绝微细粉尘排放。
图1 EIGA设备原理图及实物图
3.设备主要性能指标（中航迈特）
二、VIGA（vacuum induction melting gas atomization）—真空感应气雾化制粉炉
1.设备用途
广泛应用非真空或真空高纯环境下金属粉体雾化合成，适用于各种非活性金属粉末，涉
及镍钴基高温合金、铝合金、不锈钢、模具钢、非晶合金等金属材料及复合材料的制备。
2.工作原理
采用坩埚熔炼合金材料，合金液经中间包底部导管流至雾化喷嘴处，被超音速气体冲击
破碎，雾化成微米级尺度的细小熔滴，熔滴球化并凝固成粉末。
图2 VIGA设备原理图及实物图
3.设备技术特点
（1）采用陶瓷或石墨坩埚中频感应加热熔炼合金材料，通过精炼及纯净导流技术有效提纯；
（2）采用超音速紧耦合气雾化喷嘴技术，可实现多种合金材料微细粉体的制备；
（3）采用二级旋风分级收集系统设计，提高细粉收得率，减少或杜绝微细粉尘排放。
4.主要技术指标（中航迈特）
熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响
熔炼功率对EIGA制备Ti-6Al-4V合金粉末特性的影响
龙倩蕾;吴文恒;卢林;杨启云;王涛
【摘 要】基于电极感应熔炼惰性气体雾化(EIGA)技术制备Ti-6Al-4V钛合金粉末,采用激光粒度仪、扫描电镜(SEM)等测试分析手段研究熔炼功率对粉末粒径分布及形貌的影响规律.结果表明:在实验参数范围内,EIGA技术制备的Ti-6Al-4V钛合金粉末,具有粒径细小、流动性好、松装密度大、球形度高等特点,适用于3D打印技术;随着熔炼功率的增大,粉末的中值粒径存在细化的趋势,但当功率增大到33 kW时,粉末中值粒径相对增大;球形度下降,并且粉末中卫星球比例也明显增大.从粉末松装密度、流动性、球形度、粒度、形貌等综合因素考虑,适合Ti-6Al-4V钛合金粉末制备的熔炼功率为30 kW.
【期刊名称】《中国粉体技术》
【年(卷),期】2018(024)004
【总页数】6页(P49-54)
【关键词】电极感应熔炼;气雾化;Ti-6Al-4V合金;球形度
【作 者】龙倩蕾;吴文恒;卢林;杨启云;王涛
【作者单位】上海材料研究所,上海200437;上海3D打印材料工程技术研究中心,上海200437
【正文语种】中 文
【中图分类】TB31
3D打印技术是根据设计的三维数字模型，通过3D打印设备将材料逐层叠加的方式，来实现制造三维实体零件的技术，因此它也被称为增材制造技术。世界上很多发达国家很早就开始了对钛合金等高端材料在3D打印领域的研究，因此这些国家始终占据着3D打印行业发展的主导地位[1]。近年来，我国也将3D打印技术和金属粉末耗材制备工艺作为国家智能制造重点发展方向。作为广泛用于航空航天和地面以及医疗行业的Ti-6Al-4V合金，具有密度小、比强度高、抗腐蚀性强、生物相容性突出等优点，是金属3D打印技术中重要耗材之一[2-4]。在不同的3D打印技术中，选择性激光熔化（SLM）对于金属粉末耗材的要求比较高，主要是粉末的粒径分布、球形度的好坏以及氧含量的高低，直接决定了SLM打印过程中铺粉的均匀程度和顺畅性，最终将影响3D打印制件的性能[5-7]，因此，制备粒径均匀且分布较窄、球形度高、氧含量低的钛合金粉末成为选择性激光熔化3D打印技术发展及市场推广应用的迫切需求。
2020年工程技术人员继续教育3D打印与钛试题
3D打印与钛试卷
一、单项选择题（45）1）3D打印属于（C）制造
A、等材B、减材C、增材D、手工业
2）压力加工属于（A）制造：
A、等材B、减材C、增材D、手工业
3）冲压属于（B）制造
A、等材B、减材C、增材D、手工业
4）熔融沉积造型（FDM）3D打印技术所用的原材料（C）
A、粉体打印B、液体打印C、丝材打印D、片式打印
5）下列关于选择性激光烧结（SLS）技术，说法错误的有（D）
A、SLS四大烧结机理，每一种烧结过程中，同时伴随其他几种烧结的进行。
B、从理论上讲，所有受热后能相互粘结的粉末材料都能作为SLS的成形材料。
C、尼龙复合粉由基料尼龙和无机填料、偶联剂、流动剂、光吸收剂、抗氧化剂等辅助剂组成。
D、成形零件的致密度随着激光输出能量的加大而增高，随着扫描速度的增大而增高。
6）1983年，美国科学家查克·赫尔（ChuckHull）发明了（C）3D打印技术
A、SLSB、FDMC、SLAD、LOM
7）LENS技术是指（C）技术
A、电子束选区熔化B、等离子束熔丝沉积C、激光近净成形D、激光选区熔化
8）使用SLS３D打印原型后过程将液态金属物质浸入多孔的SLS坯体的孔隙内的工艺是（Ｃ）
A、浸渍B、热等静压烧结C、熔浸D、高温烧结
9）以下是SLA成形技术特有的后处理技术（D）
Ａ、取出成型件Ｂ、去除支撑Ｃ、后固化成型件Ｄ、排出未固化的光敏树脂10）SLA使用的原材料是（C）
Ａ、粉末材料Ｂ、高分子材料Ｃ、光敏树脂Ｄ、金属材料11）3D打印最早出现的是以下哪一种技术（A）
Ａ、SLAＢ、FDMＣ、LOMＤ、3DP12）下列哪种产品仅使用3D打印技术无法制造完成（B）
A、首饰B、手机C、服装D、义齿
13）下列关于3D打印技术的描述，不正确的是（D）
A、3D打印是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
B、3D打印起源于上世纪80年代，至今不过三四十年的历史。
C、3D打印多用于工业领域，尼龙、石膏、金属、塑料等材料均那能打印。