中國粉體網(wǎng)訊  金屬粉末3D打印（增材制造）技術(shù)憑借其高精度、高復(fù)雜度成型能力，廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域：在航空航天領(lǐng)域用于制造輕量化、高強度的渦輪葉片、發(fā)動機(jī)部件；在醫(yī)療行業(yè)可定制個性化植入物（如鈦合金骨科假體、牙冠）；在汽車工業(yè)實現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)件與快速原型開發(fā)；在模具制造中用于制造隨形冷卻水道的注塑模具。其優(yōu)勢在于減少材料浪費、突破傳統(tǒng)加工限制，尤其適用于小批量、高性能、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品制造，是推動先進(jìn)制造升級的重要技術(shù)。

金屬粉末材料除了用于金屬3D打印還可以用于金屬注射成形、熱噴涂、電子表面貼裝等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)τ诮饘俜勰┑牧６�、純凈度、形貌的要求都在逐漸提高，這也促使金屬粉末的制備技術(shù)不斷朝著小粒徑、高純度、低氧含量、高效率等方向發(fā)展。

作為增材制造的核心原材料，金屬粉末的形態(tài)與性能直接影響3D打印件的質(zhì)量。霧化法憑借其高效率、高可控性特征，已成為當(dāng)前80%以上3D打印金屬粉末的制備方式。

主流霧化技術(shù)原理與性能對比

1. ‌氣霧化法‌

氣霧化的原理是通過高速惰性氣體（氬氣/氮氣等）沖擊熔融金屬液流，通過動能-表面能轉(zhuǎn)化實現(xiàn)液滴破碎與球化凝固，形成粒徑15-150μm的球形粉末‌。氣霧化制備金屬粉末具有粒度細(xì)、球形度高、純度高等優(yōu)點，是目前生產(chǎn)3D打印用金屬粉末的主要方法，特別適用于鈦合金、鎳基高溫合金制備。其制備的3D打印粉末金屬占霧化法制備粉末的40%左右。但氣霧化技術(shù)也存在一定的不足，在氣流破碎金屬液體的過程中，氣流能量低，霧化效率低，增加了金屬粉末制備成本。‌

氣霧化法制備金屬粉體

2. ‌水霧化法‌

水霧化是以水為霧化介質(zhì)制備金屬粉末，通過高壓水流（20-100MPa）破碎金屬熔液，快速冷卻形成不規(guī)則粉末。其生產(chǎn)成本低，霧化效率高，常用來生產(chǎn)鋼鐵粉末、含油軸承用預(yù)合金粉末、鎳基磁性材料粉末等。相對氣霧化，水的比熱容比較大，在霧化過程中破碎的金屬熔滴快速凝固變成不規(guī)則狀，導(dǎo)致粉體形狀難以控制，且難以滿足金屬3D打印對粉末球形度的要求，需額外球化處理工序；此外由于活性金屬及其合金在高溫下與霧化介質(zhì)水接觸后會發(fā)生反應(yīng)，增加粉末氧含量，這些問題限制了水霧化法制備球形度高、氧含量低的金屬粉末。

水霧化法制備金屬粉末

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3. ‌超聲振動霧化法‌

超聲振動霧化技術(shù)通過功率源發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電磁振蕩，提供給超聲換能器，超聲換能器借助壓電晶體的伸縮效應(yīng)將高頻電磁振蕩轉(zhuǎn)化為微弱的機(jī)械振動，然后再將機(jī)械振動的質(zhì)點位移或者將機(jī)械振動的速度放大，再傳給超聲工具頭，最終通過超聲的高速脈動氣流擊破金屬液流，將金屬液滴霧化成不同粒度的液滴。

超聲振動霧化技術(shù)制備金屬粉末

超聲振動霧化技術(shù)突破傳統(tǒng)氣霧化粒徑下限，實現(xiàn)亞微米級鎢粉制備‌；振動能替代部分氣體動能，能耗降低40%‌。但熔滴冷卻速度過快導(dǎo)致衛(wèi)星粉聚集，而且‌設(shè)備維護(hù)成本高，暫未實現(xiàn)＞100kg/h的連續(xù)生產(chǎn)。

4. 等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法

等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法（PREP）是一種離心霧化法，將母合金加工成棒料，作為自耗電極，在惰性氣體環(huán)境下，以等離子弧作為熱源加熱旋轉(zhuǎn)的金屬棒料，端面逐漸熔化形成金屬熔體，在離心力的作用下，熔融的金屬被破碎成熔滴，然后以極快的速度飛出，并在表面張力作用下冷卻凝固成球形粉末。

旋轉(zhuǎn)電極霧化法制備金屬粉末

PREP制備的粉末和其他方法相比，具有粉末球形度高、流動性好、雜質(zhì)元素低、空心粉和衛(wèi)星粉產(chǎn)量少的優(yōu)點，金屬熔體被甩出后，細(xì)小金屬熔滴相互之間幾乎沒有干擾，并且沒有受到氣體或其他介質(zhì)的沖擊。但是，由于＜50μｍ粒徑的細(xì)粉收粉率較低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，制約了其在粉末冶金及金屬增材等方面的推廣與應(yīng)用。‌‌

結(jié)語

當(dāng)前氣霧化法仍是高端3D打印粉末制備的核心技術(shù)，而水霧化與后處理工藝的協(xié)同創(chuàng)新正在改寫中端市場格局。隨著超聲霧化設(shè)備穩(wěn)定性的突破，3D打印金屬粉末將加速向超細(xì)、低氧、窄分布方向發(fā)展。

參考來源：

尚青亮，等：3D打印用球形金屬粉末制備工藝

鄒海平，等：3D打印用金屬粉末的制備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

王利卿，等: 氣霧化球形金屬粉末形成機(jī)理的研究進(jìn)展

張朔，等：霧化法制備金屬粉末及其研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）

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