IPB巡展在2018年的4月20日在北京拉開帷幕，據悉，活動邀請全國增材制造標準化技術委員會肖承翔秘書長，西北有色金屬研究院朱紀磊教授等增材專家為我們就3D打印工藝對球形金屬粉末制備要求等話題進行專家解析、行業交流。

    與傳統的減材制造方式相比，3D打印幾乎不會造成金屬材料浪費，而且這種“增材制造”直接成形的特點使得產品在生產過程中的設備問題大大減少。金屬粉體材料是金屬3D打印的原材料，其粉體的基本性能對*終的成型的產品品質有著很大的關系。金屬3D打印對于粉體的要求主要在化學成分、顆粒形狀、粒度及粒度分布、流動性、循環使用性等這幾個方面，其粉體制備工藝成為3D打印近年來關注的熱點。本次活動對于3D打印與粉體制備間的技術解析具有重要意義。

    金屬粉末是粉床增材制造的*原料，其性能決定增材制造工藝和制品的性能優劣。針對航空航天、國防軍工和生物醫療領域的粉床增材制造技術對粉末的物理化學性能要求較為嚴苛，目前所用的球形金屬粉末原料大量進口。粉床增材制造對金屬粉末原料的要求、國內技術和產業發展情況是我們著重探討的課題。

    論壇邀請到西北有色金屬研究院朱紀磊教授出席本次活動，解析旋轉電極霧化制粉（PREP）技術制備球形金屬粉末的性能以及PREP工藝參數對粉末性能的影響，針對增材制造對孔隙粉末的控制要求，對比分析了氣霧化法、旋轉電極霧化法和等離子體熔絲霧化法等三種典型工藝球形鈦合金粉末的內部孔隙特性，結果表明旋轉電極霧化法制備的球形鈦合金粉末具有較低的孔隙率，通過控制棒料直徑和棒料轉速能夠獲得低氧含量和低孔隙率的高品質球形金屬粉末。

    雖然實現增材制造的技術方法有多種，但加工機理基本一致，即材料在高能熱源作用下快速融化，由于作用時間極短，熔融的金屬在基體的冷卻作用下發生快速凝固，從而實現在特定的掃描區域成型。增材制造制品的性能由熱源量屬性、材料特性及工藝參數所決定，而熱源類型及送粉方式是區分各種增材制造技術的*根本因素。

    增材制造工藝的主要影響因素

    １熱源

    在金屬增材制造領域，應用*為成熟的熱源是激光和高能電子束。電子束與激光的工作原理不同，電子束的加熱方式是高能電子穿過靶材的表面進入到距表面一定深度后，再傳給靶材原子能量，從而使靶材原子的振動加劇，把電子的動能轉換為熱能；激光的加熱方式則為靶材表面吸收光子能量，激光并未穿過靶材表面。材料制造加工過程中，熱源的功率及掃描速度一般是恒定的，即作用于材料的能量密度是恒定的，熱源作用效果由材料對熱源的吸收性能直接決定。材料對熱源能量的吸收由兩者的作用機理、材料表面狀態等因素所決定。對于*常用的激光熱源，激光光能的吸收與波長、被照材料的反射率以及能量密度相關，在成型過程中，材料的表面狀態、尺寸等因素對激光都有明顯的制約作用。電子束由于其作用機理的不同，在增材制造過程中表現出較激光更加良好的適配性。

    ２材料

    粉末材料是目前*為常用的金屬類增材制造用材料。金屬粉末作為金屬制件增材制造產業鏈中*重要的一環，也是*大的價值所在。金屬粉體材料一般用于粉末冶金工業，粉末冶金成型是將粉末預成型后利用高壓高溫條件進行*終的定型，整個過程中，材料發生的物理冶金變化相對緩慢，材料有比較充分的時間進行融合、擴散、反應。由于受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制，為了保證工件的致密性，要求使用的粉體材料盡可能地將成型腔體填充完全。針對粉末冶金工藝的技術特點，已經發展出了一套比較完善的粉末評價方法及標準，有相對比較完善的指標可用來恒量粉體材料的性能，如粒徑、比表面積、粒度分布、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對于粉末冶金而言，粉末的流動性、振實密度等指標是衡量粉末冶金用粉末材料的重要指標。

增材制造工藝與粉末冶金工藝相比有明顯的區別，粉末材料在熱源作用下的冶金變化是極速的，成型過程中粉體材料與熱源直接作用，粉體材料沒有模具的約束以及外部持久壓力的作用。一般認為直徑小于１ｍｍ的粉體材料適用于增材制造，粒徑在５０μｍ左右的粉體材料具有較好的成型性能。與粉末冶金工業相比，目前國內還沒有形成成熟的評價方法或標準來判定粉末材料與增材制造工藝的適用性，增材制造用粉末的相關評價方法及指標需要進一步深入的研究與思考。