2018年4月20日， IPB上海粉體展北京巡展（中國顆粒學會、紐倫堡會展（上海）有限公司主辦）在北京拉開帷幕， 據悉， 活動邀請全國增材製造標準化技術委員會秘書李海斌先生、西北有色金屬研究院朱紀磊教授等專家為我們就3D列印工藝對球形金屬粉末製備要求、檢測、篩分等話題進行專家解析、行業交流。
與傳統的減材製造方式相比， 3D列印幾乎不會造成金屬材料浪費， 而且這種“增材製造”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列印的原材料， 其粉體的基本性能對最終的成型的產品品質有著很大的關係。 金屬3D列印對於粉體的要求主要在化學成分、顆粒形狀、細微性及細微性分佈、流動性、迴圈使用性等這幾個方面， 其粉體製備工藝成為3D列印近年來關注的熱點。 本次活動對於3D列印與粉體製備間的技術解析具有重要意義。
金屬粉末是粉床增材製造的唯一原料， 其性能決定增材製造工藝和製品的性能優劣。 針對航空航太、國防軍工和生物醫療領域的粉床增材製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。
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）技術製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， 針對增材製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製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。
雖然實現增材製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， 由於作用時間極短， 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。 增材製造製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製造技術的最根本因素。
增材製造工藝的主要影響因素
①熱源
在金屬增材製造領域， 應用最為成熟的熱源是鐳射和高能電子束。 電子束與鐳射的工作原理不同， 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後， 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；鐳射的加熱方式則為靶材表面吸收光子能量， 鐳射並未穿過靶材表面。 材料製造加工過程中， 熱源的功率及掃描速度一般是恒定的， 即作用於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。 對於最常用的鐳射熱源， 鐳射光能的吸收與波長、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、 尺寸等因素對鐳射都有明顯的制約作用。電子束由於其作用機理的不同，在增材製造過程中表現出較鐳射更加良好的適配性。
②材料
粉末材料是目前最為常用的金屬類增材製造用材料。金屬粉末作為金屬製件增材製造產業鏈中最重要的一環， 也是最大的價值所在。金屬粉體材料一般用於粉末冶金工業， 粉末冶金成型是將粉末預成型後利用高壓高溫條件進行最終的定型，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。由於受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制， 為了保證工件的緻密性，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、細微性分佈、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對於粉末冶金而言， 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。
增材製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。一般認為直徑小於１ｍｍ的粉體材料適用於增材製造， 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製造工藝的適用性，增材製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。
③工藝過程
用鋪粉方式時， 熱源優先作用於粉末，為保證粉末與已成型區的冶金結合充分， 需要確保加工過程中熔池的深度及尺寸在一個合理範圍內。當採用同步送粉方式時，無論是同軸送粉還是側向送粉方式，熱源對材料的作用分成作用于已成型區及作用於粉末材料兩部分。粉末在運動途中被熱源加熱到一定溫度後，在自身動能的作用下打入已成型區域，整個成型過程相當於相對高能的粉末材料轟擊熔合區域的過程，這種方式較鋪粉方式更有利於提高製品的緻密度。
本次會議中，來自德國新帕泰克有限公司的耿建芳博士、弗爾德科學儀器有限公司的葉上游先生和英國富瑞曼科技有限公司的張志俊先生也就3D列印應用領域的粉體技術為大家帶來了精彩的報告。
南極熊在現場有個重要感受，我們3D列印領域對粉末材料的表徵體系，還不夠完善。通過儀器檢測可以看出，除了球形度、顆粒度因素外，表面凸起形狀、氧氫元素含量等因素，也會大大影響金屬3D列印的品質和性能。
IPB上海國際粉體展會每年秋季在上海舉辦，主要致力於為中外粉體行業相互交流與合作、企業與協會的交流與溝通搭建平臺，為企業拓展新業務、開發新市場提供豐富的資訊和商機，至今已成功舉辦15屆，第16屆將於2018 年 10 月 17-19 日在上海世博展覽館（上海市浦東新區博成路850號）舉辦。
對於最常用的鐳射熱源， 鐳射光能的吸收與波長、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、 尺寸等因素對鐳射都有明顯的制約作用。電子束由於其作用機理的不同，在增材製造過程中表現出較鐳射更加良好的適配性。②材料
粉末材料是目前最為常用的金屬類增材製造用材料。金屬粉末作為金屬製件增材製造產業鏈中最重要的一環， 也是最大的價值所在。金屬粉體材料一般用於粉末冶金工業， 粉末冶金成型是將粉末預成型後利用高壓高溫條件進行最終的定型，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。由於受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制， 為了保證工件的緻密性，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、細微性分佈、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對於粉末冶金而言， 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。
增材製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。一般認為直徑小於１ｍｍ的粉體材料適用於增材製造， 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製造工藝的適用性，增材製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。
③工藝過程
用鋪粉方式時， 熱源優先作用於粉末，為保證粉末與已成型區的冶金結合充分， 需要確保加工過程中熔池的深度及尺寸在一個合理範圍內。當採用同步送粉方式時，無論是同軸送粉還是側向送粉方式，熱源對材料的作用分成作用于已成型區及作用於粉末材料兩部分。粉末在運動途中被熱源加熱到一定溫度後，在自身動能的作用下打入已成型區域，整個成型過程相當於相對高能的粉末材料轟擊熔合區域的過程，這種方式較鋪粉方式更有利於提高製品的緻密度。
本次會議中，來自德國新帕泰克有限公司的耿建芳博士、弗爾德科學儀器有限公司的葉上游先生和英國富瑞曼科技有限公司的張志俊先生也就3D列印應用領域的粉體技術為大家帶來了精彩的報告。
南極熊在現場有個重要感受，我們3D列印領域對粉末材料的表徵體系，還不夠完善。通過儀器檢測可以看出，除了球形度、顆粒度因素外，表面凸起形狀、氧氫元素含量等因素，也會大大影響金屬3D列印的品質和性能。
IPB上海國際粉體展會每年秋季在上海舉辦，主要致力於為中外粉體行業相互交流與合作、企業與協會的交流與溝通搭建平臺，為企業拓展新業務、開發新市場提供豐富的資訊和商機，至今已成功舉辦15屆，第16屆將於2018 年 10 月 17-19 日在上海世博展覽館（上海市浦東新區博成路850號）舉辦。