李林堯 煙臺(tái)文化旅游職業(yè)學(xué)院

隨著金屬的3D 打印技術(shù)得到了進(jìn)一步的改進(jìn)。例如，金屬的3D 打印速度比傳統(tǒng)的加工方法慢且成本高，3D 打印零件的表面精度與數(shù)字加工零件的表面精度略有不同。國(guó)內(nèi)金屬粉末技術(shù)尚不成熟，大部分必須從國(guó)外進(jìn)口，質(zhì)量研究必須進(jìn)行自主機(jī)械粉末是下一階段研究的主要目標(biāo)；另一方面，引進(jìn)新材料是隨著3D 印刷技術(shù)的發(fā)展而探索的方向之一。

一、金屬3D 打印技術(shù)概況及其特點(diǎn)

金屬3D 打印的出現(xiàn)激發(fā)了傳統(tǒng)制造業(yè)的制造理念，具體如下：

1.直接成形：所需工件可以直接得到，以減少材料浪費(fèi)。與常規(guī)金屬加工相比，有些甚至大多數(shù)金屬需要切割和研磨。3D 打印生產(chǎn)提高了金屬利用率和環(huán)境保護(hù)。

2.縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期：從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，再到3D 列印技術(shù)，減少元件數(shù)量，節(jié)省時(shí)間，減少庫(kù)存。

3.無(wú)須組裝：制品逐層制造3D 打印過(guò)程，產(chǎn)品不僅可以形成零件，還可以形成鏈條零件，例如平面連桿、萬(wàn)向節(jié)，以減少生產(chǎn)資源的使用，降低生產(chǎn)周期的供應(yīng)鏈和生產(chǎn)成本。

4.復(fù)雜零件可以更好地制造：在傳統(tǒng)制造中，零件更復(fù)雜，生產(chǎn)和加工成本更高。但是，復(fù)雜程度不同的3D 打印在時(shí)間、技術(shù)和成本方面幾乎沒(méi)有什么不同。

5.個(gè)性化定制門(mén)檻更低，用于生產(chǎn)較小的產(chǎn)出量，而無(wú)須改變形狀。只需修改設(shè)計(jì)，然后打開(kāi)大型設(shè)計(jì)空間。金屬3D 打印技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，速度快，內(nèi)外兼收并蓄，具有廣闊的前景。

二、3D 打印金屬粉末的基本要求

金屬粉末是金屬3D 打印工藝的原料，直接用于金屬3D 打印技術(shù)的生產(chǎn)研究。性能在很大程度上取決于形狀的最終效果。為此，高質(zhì)量粉末對(duì)于金屬三維打印技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，描述3D 打印金屬粉末特征的區(qū)域有三個(gè)。

1.化學(xué)成分。用于3D 打印的金屬粉末的化學(xué)成分包括主要金屬元素和復(fù)雜元素。最常見(jiàn)的元素包括鐵、鈦、鎳、鋁、銅、鈷、鉻以及銀和金。碳?xì)浠衔镏饕山饘倩蚍墙饘倩衔锝M成，例如硅、錳、碳、硫、磷、還原鐵中的氧、粉末制造過(guò)程中添加的原料和機(jī)械混合物、SiO2、Al2O3 等不溶性酸性物質(zhì)、硅酸鹽、不溶性金屬碳化物、氧、水蒸氣等。吸附在粉末表面。激光或電子束掃描粉末時(shí)，雜質(zhì)一方面與賤金屬發(fā)生反應(yīng)，改變賤金屬的性能，影響3D 打印零件的質(zhì)量；另一方面，復(fù)雜性會(huì)影響基礎(chǔ)金屬的質(zhì)量，混合元素的存在會(huì)導(dǎo)致粉末和成品零件內(nèi)部錯(cuò)誤的混合不均勻，機(jī)械混合會(huì)對(duì)零件的強(qiáng)度產(chǎn)生特別不利的影響。非金屬混合料的分布和形狀對(duì)產(chǎn)生的零件有不同的影響。高氧氣含量的貴金屬高溫不僅影響零件性能，而且直接導(dǎo)致球形，從而降低密度和零件質(zhì)量。鋼鐵中碳、磷、硫、氧、氮的韌性非常有害。為此，需要嚴(yán)格控制各種成分和粉末組裝，以保證零件的質(zhì)量。

2.顆粒的形狀、大小和分布。常見(jiàn)的粉末形式包括球形、近球形、片狀、樹(shù)枝狀等。不規(guī)則粉末的表面大于表面，可以吸收更多激光能量，提高燃燒性能。此外，孔隙促進(jìn)液體的傳遞。但是，由于球形流動(dòng)性高、送粉流暢、粉末均勻分布等原因，可以提高零件的密度和結(jié)構(gòu)均勻性，保證成型質(zhì)量。因此，用于3D 打印的粉末通常為球形或近球形。金屬粉末顆粒是粉末顆粒的大小。結(jié)果表明，粉末顆粒通過(guò)直接吸收激光掃描或電子束的能量而熔化和鏈接。小顆粒大于表面，直接吸收更多能量，在高溫下更容易熔化。一般來(lái)說(shuō)，粉末顆粒越小，分布越均勻，過(guò)程越平滑，形狀越好。另一方面，細(xì)顆粒粉末具有空間小、體積密度高的特點(diǎn)，從而提高了產(chǎn)品密度和表面質(zhì)量。但是，如果粒子太小，則可以輕松地插入并組合它們，以防止粒子運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致粉末分布不均。因此，細(xì)材質(zhì)和粗材質(zhì)必須成比例地混合在一起，并且必須粒度與粒度適當(dāng)?shù)姆植?，才能達(dá)到所需的效果。

3.粉末技術(shù)要求。粉末的技術(shù)特點(diǎn)包括松裝、振實(shí)密度、移動(dòng)性和回收性能。松裝密度是粉末自發(fā)積累的密度，振實(shí)密度是振蕩后的密度。粉末的流動(dòng)性是粉末的主要特點(diǎn)之一。粉末流動(dòng)性直接影響SLM 過(guò)程中粉末的一致性和送粉過(guò)程中粉末的穩(wěn)定性。粉末流動(dòng)性低，容易粘附、抱團(tuán)，混合不均勻，粉末涂層厚度不均勻，掃描儀玻璃區(qū)域金屬熔膠量不均勻，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，模具質(zhì)量受到影響；檢查3D 打印的尺寸精度和均勻表面密度。

三、金屬3D 粉末用途

鐵材質(zhì)是最常用于3D 打印的金屬材質(zhì)。它具有優(yōu)良的機(jī)械性能、高溫和耐蝕性。它還提供了更高的性價(jià)比，適合于大型產(chǎn)品的打印。主要用于各種工程機(jī)械、零件、模具。其中，奧氏體不銹鋼粉末304 和316 已成為3D 打印金屬市場(chǎng)的典型加工材料。鎳基材料具有良好的高溫、防氧和耐腐蝕力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、造船、石油化工等領(lǐng)域。用鎳粉對(duì)每一層用鎳合金制造的高壓渦輪機(jī)的印刷電路板進(jìn)行部分修理。減少激光金屬礦床的熱流有助于防止元件變形。銅和銅合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨性和耐磨性。主要用于航空航天，電子機(jī)械零件加工。

金屬3D 打印的興起對(duì)社會(huì)的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了重大影響，并深刻改變了傳統(tǒng)的工藝、概念和制造方法。如今，3D 打印金屬的金屬零件與傳統(tǒng)的成型和鍛造方法一樣有用。許多難以使用傳統(tǒng)工藝制造的零件也可以使用金屬3D 打印技術(shù)進(jìn)行成型。