第2章　3D打印用球形金属粉末

在金属3D打印领域，无论是粉末床熔融（powder bed fusion）技术还是定向能量沉积（directed energy deposition）技术，大多以金属粉末为原料。因此，粉末的质量将直接影响打印零部件的性能。对于粉末床熔融技术而言，粉末粒度分布范围一般为10～53μm，而定向能量沉积技术的粉末粒度通常在45～150μm范围内。随着粉末粒径的降低，比表面积增大，粉末颗粒间的摩擦、团聚现象更为显著，影响粉末的流动性，因此，粉末床熔融技术对粉末质量要求更高。本章内容论述的粉末性质也主要针对粉末床熔融技术。

金属粉末属于松散状物质，其性能综合反映了金属本身的性质和单个颗粒的性状及颗粒群的特性。一般将金属粉末的性能分为物理性能、化学性能和工艺性能。物理性能包括粉末的平均粒度和粒度分布，粉末的比表面积和真密度，粉末颗粒的形状、表面形貌和内部显微结构；化学性能是指合金元素含量和杂质含量；工艺性能则是一种综合性能，包括粉末的流动性、松装密度、振实密度、压缩性等。此外，针对3D打印用途还对粉末的其他化学和物理特性有相应要求，如激光吸收系数、内摩擦系数等。根据化学成分的不同［1］，3D打印用金属材料可以分为如下类型：

①纯金属材料　主要有Ti、Ni、Ta、Cu、Au等金属。

②合金材料　目前无论是在科学研究还是工程应用领域，合金材料都占3D打印材料的绝大多数，其中又以Ni基、Ti基、Fe基和Al基材料为主，部分材料如Inconel 718、Ti-6Al-4V、316不锈钢等已经在航空航天、医疗器械、模具生产等领域实现了3D打印的工程化应用，并取得了较为理想的效果。

③金属间化合物　金属间化合物往往具有与金属材料迥异且出色的性能，然而较差的加工性能，严重限制了其应用范围。3D打印技术有望解决上述问题，极大拓展金属间化合物材料的应用领域和范围。

④复合材料　复合材料的3D打印技术是该领域研究的前沿与热点，非平衡冶金过程下的金属基复合材料和陶瓷基复合材料将会越来越多地出现。

随着人们对3D打印技术与其中物理冶金过程理解的不断深入，面向3D打印技术的新材料设计与制备必将吸引更多的关注。