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金属3D打印用的粉末,牌号一样不代表性能一样。粒径、流动性、氧含量这三个参数决定了这批粉末好不好用,以下逐一说清楚它们各自的含义,以及彼此之间的关系。
粒径是粉末颗粒的实际大小,单位通常用微米(μm)。目数是用来描述粉末粒度分布的一个间接指标——目数越高,颗粒越细。比如300目对应的颗粒直径大约在48微米左右,500目对应30微米左右。
工业级金属3D打印常用的粉末粒径范围是15微米到53微米之间。粒径在这个区间的粉末,流动性好,打印时铺粉均匀,成型质量稳定。粒径太大或者太小都会出问题:颗粒太大,打印层厚增加,分辨率下降;颗粒太小,粉末容易结团,流动性变差,供粉不顺。
在实际采购中,不要只看粉末牌号,还要问清楚粒径分布区间。同样是模具钢粉末,粒径分布在15到45微米的和粒径分布在45到106微米的,用在同一种设备上,打印效果可能差很远。
球形度描述的是粉末颗粒的形状。气雾化工艺生产的金属粉末,颗粒呈球形或者近球形;水雾化工艺生产的粉末,颗粒形状不规则,多为枝晶状或者不规则块状。
球形度直接影响流动性。球形粉末颗粒之间的摩擦力小,在铺粉过程中可以均匀铺开,形成平整的粉层。不规则形状的粉末颗粒之间嵌合更紧密,摩擦力大,流动性差,容易出现粉层不均匀的问题。
工业级金属3D打印用的粉末,要求球形度在90%以上。球形度的检测方法是显微镜观察加图像分析软件,用长宽比来量化颗粒的圆润程度。
流动性用霍尔漏斗来测量,单位是秒/50克——让50克粉末从标准漏斗流出来,需要多少秒。流动性好的粉末,测量值通常在25秒以内;超过40秒的粉末,在工业级SLM设备上容易出现供粉问题。
氧含量是指粉末颗粒表面和内部含氧的比例,单位通常用ppm(百万分之一)或者百分比表示。气雾化工艺生产的金属粉末,氧含量通常控制在500ppm到1500ppm之间;高端航空航天应用的粉末,氧含量要求更低,通常在300ppm以下。
氧含量高会影响打印件的力学性能。金属粉末在打印过程中,高温环境下粉末表面的氧会与金属发生反应,生成氧化物夹杂,影响致密度和强度。对于航空和医疗这两个对材料性能要求最高的领域,氧含量是必须检测的参数。
粉末在存储和运输过程中会吸潮,氧含量会上升。正规供应商会在出厂前检测氧含量,并且在包装上标注检测值。如果买回来的粉末放了一段时间没用,再使用时建议重新检测氧含量。
松装密度是指粉末在自然堆积状态下的密度,振实密度是指粉末经过振动压实后的密度。两者之间的比值叫"压缩比",压缩比越大,说明粉末在压实过程中体积收缩越明显。
松装密度和振实密度主要影响粉量的精确控制。SLM设备的供粉系统通常是按体积来计量粉末的——每一次铺粉,铺多厚,由设备根据设定的层高和粉缸横截面积计算体积,再乘以粉末的松装密度,得到需要投入的粉末重量。如果实际粉末的松装密度和设备设定值偏差较大,打印时铺粉厚度就会不准,影响成型精度。
球形粉末的松装密度通常在松装状态下较低,振实后明显提升。不规则形状粉末的松装密度和振实密度差距较小,因为颗粒之间的嵌合在自然堆积状态下就已经比较紧密了。
搞清这几个参数的区别,下次在技术交流或者展会上听到供应商介绍粉末,听到"粒径"、"球形度"、"氧含量"这些词,就不会被绕进去了。
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文章来源:广州国际3D打印展览会
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