球形金屬粉末作是金屬3D打印最重要的原材料，是3D打印產(chan) 業(ye) 鏈中最重要的環節，與(yu) 3D打印技術的發展息息相關(guan) 。在“2013年世界3D打印技術產(chan) 業(ye) 大會(hui) ”上，世界3D打印行業(ye) 的權威專(zhuan) 家對3D打印金屬粉末給予明確定義(yi) ，即指尺寸小於(yu) 1mm的金屬顆粒群，包括純金屬粉末、合金粉末及具有金屬性質的某些難溶化合物粉末。目前3D打印用金屬粉末材料主要集中在鈦合金、高溫合金、鈷鉻合金、高強鋼和模具鋼等方麵。

隨著金屬3D打印技術的飛速發展, 球形金屬粉末的市場將保持高增長態勢。2016年3D打印金屬粉末的市場規模約為(wei) 2.5億(yi) 美元，預計2025年市場規模將達到50億(yi) 美元。為(wei) 滿足3D打印裝備及工藝要求，金屬粉末必須具備較低的氧氮含量、良好的球形度、較窄的粒度分布區間和較高的鬆裝密度等特征。當前我國生產(chan) 的金屬粉末性能難以滿足高端客戶需求，高質量 3D 打印用金屬粉末需依賴進口。因此，研究3D打印金屬粉末的製備尤為(wei) 重要。本文特整理了當前3D打印用金屬粉末的4種製備方法，供大家參考。

1、氣霧化法

氣霧化法是利用惰性氣體(ti) 在高速狀態下對液態金屬進行噴射，使其霧化、冷凝後形成球形粉。根據熱源的不同又可以將氣霧化法細分為(wei) 電極感應熔煉氣霧化(EIGA)和等離子惰性氣體(ti) 霧化(PIGA)兩(liang) 種工藝，采用惰性氣體(ti) 既能防止產(chan) 物氧化，又能避免環境汙染。在 EIGA 工藝中，為(wei) 電極形式的預合金棒將在不使用熔煉坩堝的情況下進行感應熔煉和霧化，其工藝原理圖如下圖所示。采用氣霧化法所得粉末粒度分布廣，大部分為(wei) 細粉，雜質易於(yu) 控製，但粉末由於(yu) 粒徑不同而冷卻速度不同，導致顆粒內(nei) 部易產(chan) 生氣泡，形成空心結構，粉末形狀不均勻，出現行星球等，對粉末後期應用造成不利影響。

2、等離子旋轉電極霧化法(PREP)

等離子旋轉電極霧化法(PREP)是生產(chan) 高純球形鈦粉較常用的離心霧化技術，其基本原理是自耗電極端麵被等離子體(ti) 電弧熔化為(wei) 液膜，並在旋轉離心力作用下高速甩出形成液滴，然後液滴在表麵張力的用下球化並冷凝成球形粉末。PREP 因采用自耗電極，製備出的粉末純淨度較高，且該技術不使用高速惰性氣體(ti) 霧化金屬液流，避免了“傘(san) 效應”引起的空心粉和衛星粉顆粒的形成。因此，相對於(yu) 氣霧化而言，PREP 製備的粉末中空心粉和衛星粉更少。PREP 製備的粉末球形度可達 99.5%以上，但是粉末粒徑分布較窄，主要介於(yu) 50～150μm，存在著粉末尺寸

偏大的問題並且細粉收得率很低。目前俄羅斯最先進的 PREP 技術也隻能收得約 15%的細粉(～45μm)，難以服務於(yu) 微細球形鈦粉市場。

3、等離子絲(si) 材霧化法（PA）

等離子絲(si) 材霧化法（PA）是加拿大 AP&C 公司特有的金屬粉末製備技術，PA 工藝是以純度高的金屬或合金絲(si) 為(wei) 原料，以等離子槍為(wei) 加熱源，原料絲(si) 材被等離子體(ti) 瞬間熔化的同時被高溫氣體(ti) 霧化，形成的微小液滴在表麵張力的作用下球化並在下落過程中冷卻固化為(wei) 球形顆粒的一種工藝。以合金絲(si) 為(wei) 原料製備各種材質球形粉末的工藝，可實現高水平的可追溯性和較好的顆粒大小控製。該工藝生產(chan) 出的粉末粒徑分布範圍窄，平均粒徑約為(wei) 40μm，細粉收得率高（80%），幾乎沒有衛星球；粉末純度高（低氧，無夾雜），球形度高，伴生顆粒非常少。具有出色的流動性和表觀密度、振實密度。主要服務對象為(wei) 生物醫療和航空航天工業(ye) ，產(chan) 品暢銷20 餘(yu) 個(ge) 國家。

近年來，國外關(guan) 於(yu) PA 技術的研究取得了不少進展，現有技術已能夠在單位時間內(nei) 所消耗氣體(ti) 與(yu) 原料的質量比小於(yu) 20的條件下，製備大量(至少80%)粒徑分布為(wei) 0～106μm的金屬粉末。加拿大 AP＆C 公司是 PA 技術的專(zhuan) 利持有者，加拿大 Pyro Genesis 公司也擁有相關(guan) 類似專(zhuan) 利，但均不對外出售等離子霧化設備。由於(yu) 國外公司專(zhuan) 利保護及技術封鎖，一直以來國內(nei) 關(guan) 於(yu) PA技術的研究進展緩慢。

4、射頻等離子球化法

射頻等離子體(ti) 球化法是利用射頻電磁場作用對各種氣體(ti) （多為(wei) 惰性氣體(ti) ）進行感應加熱，產(chan) 生射頻等離子，利用等離子區的極高溫度熔化非球狀粉末。隨後粉末經過一個(ge) 極大的溫度梯度，迅速冷凝成球狀小液滴，從(cong) 而獲得球形粉末。

目前國外在這方麵研究較多的公司有代表性的包括：英國 LPW 技術公司和加拿大的泰克納公司。其中，泰克納 (TEKNA) 公司所開發的射頻等離子體(ti) 粉體(ti) 處理係統，在世界範圍內(nei) 處於(yu) 領先地位，可以實現 Ti、Ti-6Al-4V、W、Mo、Ta、Ni 等金屬及其合金粉末的生產(chan) 。

國內(nei) 北京科技大學在射頻等離子球化方麵也進行了大量的研究，以不規則形狀的大顆粒TiH2 粉末為(wei) 原料，經過射頻等離子高溫區後 TiH2 粉末脫氫分解、爆碎，即發生“氫爆”。爆開的金屬液滴下落過程中，在表麵張力的作用下縮聚成規則的球狀，得到微細球形粉末。所收得的粉末粒度範圍可以達到 20~50μm，細粉收得率更是高達 80%以上，各項性能參數均不遜於(yu) 國際一流隊列的粉末，圖 6 是氫化鈦粉末經射頻等離子球化前後粉末形貌圖。同時，該團隊還將該方法創新性地應用到了鎢、高溫合金、釹鐵硼等金屬粉末的球化處理當中，均取得了顯著的成果。