球形金属粉末是金属3D打印的核心材料, 是3D打印产业链中最重要的环节, 与3D打印技术的发展息息相关。

在“2013世界3D打印技术产业大会”中, 权威专家对3D打印金属粉末的性能要求给出了清晰的定义, 即尺寸小于1 mm的金属粉末。

此外, 还要求金属满足纯度高、球形度好、粒径分布窄、含氧量低、流动性好等要求。

2014年6月颁布的ASTM F3049-14标准规定了3D打印金属粉性能的范围和表征方法。目前, 3D打印用金属粉末材料主要集中在铁、钛、钴、铜、镍等金属及其合金方面。

随着金属3D打印技术的飞速发展, 球形金属粉末的市场将保持高增长态势。2016年3D打印金属粉的市场规模约为2.5亿美元, 据IDTechEx表示, 到2025年, 3D打印金属粉末的市场规模将达到50亿美元。但目前3D打印用球形金属粉主要由国外厂家垄断, 国内生产的球形粉末存在性能不稳定、成本高、收得率低等问题。

因此, 研究3D打印金属粉末的制备尤为重要, 本文对3D打印用金属粉末的主要制备工艺的基本原理进行了阐述, 并分析了其优缺点, 目的是进一步提高3D打印用金属粉末的制备技术水平, 促进3D打印技术的发展和应用。

1、3D打印用金属粉末制备工艺现状

目前针对3D打印用金属粉末的制备方法主要有雾化法、旋转电极法、球化法等。

1.1 雾化法

雾化法制取的粉末已占当今世界金属3D打印粉末的80%以上, 其原理是以快速运动的流体 (雾化介质) 冲击或以其他方式将金属或合金液流破碎为细小液滴,随之冷凝为固体粉末的粉末制取方法, 其原理结构图如图1所示, 根据雾化介质不同, 雾化法主要分为水雾化和气雾化。

图1 雾化制粉原理图

1.1.1 水雾化

水雾化是以水为雾化介质制备金属粉末, 其生产成本低, 雾化效率高, 常用来生产钢铁粉末、含油轴承用预合金粉末、镍基磁性材料粉末等。相对气雾化, 水的比热容比较大, 在雾化过程中破碎的金属熔滴快速凝固变成不规则状, 导致粉体形状难以控制, 且难以满足金属3D打印对粉末球形度的要求。

 此外由于活性金属及其合金在高温下与雾化介质....