增材制造粉末的分类

目前主流的金属增材制造粉末可分为四大类：

钛合金粉末：具有密度小、强度高、耐腐蚀性强等特点，广泛应用于航空航天领域，如制造飞机发动机叶片、机身结构件等，是实现航空器轻量化和高性能化的关键材料。

镍基合金粉末：耐高温性能卓越，能够在极端高温环境下保持高强度和稳定性，常用于制造航空发动机的高温部件，如涡轮叶片、燃烧室等，确保发动机在高温、高压条件下的可靠运行。

铝合金粉末：以轻量化著称，同时具备良好的机械性能和加工性能，是汽车制造、消费电子等领域制造轻量化零部件的首选材料，例如汽车发动机缸体、车身框架、手机外壳等。

模具钢粉末：具有高耐磨性、高硬度和良好的尺寸稳定性，用于制造注塑模具和工具，能够显著提高模具的使用寿命和成型精度，降低生产成本。

除了上述四大类，还有一些其他重要的金属粉末，如铜合金粉末，因其高导热性，适用于制造散热器和电气元件。

增材制造粉末的关键特性

增材制造粉末的性能直接影响最终打印零件的质量和性能，其关键特性主要包括以下几个方面：

球形度：粉末颗粒越接近球形，流动性越好，打印层更均匀。例如等离子旋转电极法粉末球形度＞90%，这种高球形度的粉末在增材制造过程中能够更好地铺展和熔化，形成高质量的打印层。

粒度分布：粒度分布对打印精度和成型效率至关重要。15 - 53μm的细粉适合高精度零件打印，能够实现更高的细节分辨率；而53 - 150μm的粗粉则用于大尺寸部件的快速成型，提高打印效率。

含氧量：对于一些对氧含量敏感的材料，如钛合金粉末，需严格控制氧含量＜1000ppm，否则易导致材料脆裂，影响零件的力学性能。

成分均匀性：粉末的化学成分均匀性直接影响零件的力学性能，需要通过精确的雾化工艺严格控制，以确保打印出的零件性能稳定可靠。

增材制造粉末的制备方法

制备高品质的增材制造粉末是实现增材制造技术发展的关键。常见的制备方法包括：

气体雾化法（GA）：这是制备合金粉末最常用的方法。通过将熔融金属在高压气体流中自由下落，使其雾化并冷却固化成粉末。该方法制备的粉末球形度总体较好，但存在一定数量的卫星粒子，且随着粉末尺寸的增加，球形度会有所下降。

等离子旋转电极雾化法（PERP）：利用等离子炬熔化高速旋转的金属棒，熔融金属因离心力径向固化成粉末。此方法生产的粉末球形度高、颗粒质量近乎完美，特别适合制备高熔点金属粉末，但成本较高，供应商有限。

等离子雾化法（PAW）：使用等离子炬熔化金属丝，金属丝在气体流中流动并固化成粉末。该方法具有极高的粉末流量，适合高熔点金属，但同样面临成本高、供应商有限的问题。

增材制造粉末的应用优势与挑战

（一）优势

设计自由度高：增材制造技术能够打印传统工艺无法实现的复杂内腔、点阵结构等复杂几何形状，例如航空发动机的轻量化叶片、个性化的医疗器械等，为产品设计提供了极大的自由度。

材料利用率高：与传统加工方式相比，增材制造的材料利用率高达95%，远高于传统加工的50%，大大减少了原材料的浪费。

零件性能优异：通过精确控制粉末的特性和打印工艺参数，增材制造出的镍基合金零件耐高温性能超越铸造件，钛合金零件的强度媲美锻造件。

（二）挑战

成本高昂：高品质的增材制造粉末价格不菲，例如钛合金粉末价格是普通钢材的10倍以上，同时增材制造设备的投资成本也较高，这在一定程度上限制了其大规模应用。

质量控制难度大：粉末的质量对打印零件的性能至关重要，但粉末在制备、储存和使用过程中容易受到污染或性能下降，需要严格的质量控制体系。

增材制造粉末的应用领域

增材制造粉末的应用领域极为广泛，涵盖了多个高端制造业：

航空航天：用于制造飞机发动机叶片、机身结构件等关键零部件，实现航空器的轻量化和高性能化。

汽车制造：用于制造汽车发动机缸体、车身框架等零部件，实现轻量化和高性能。

医疗健康：用于制造定制化的植入物、手术导板、齿科修复等，能够完美匹配患者的身体结构。

电子工业：用于制造高导热性的散热器和电气元件，提升产品的性能和可靠性。

增材制造粉末作为3D打印技术的核心材料，正在不断推动制造业的创新和发展。随着技术的进步和成本的降低，增材制造粉末的应用前景将更加广阔。