金屬3D打印技術作為(wei) 一種先進材料製造工藝，其製品已在航空航天、汽車、醫療等高端領域得到了小規模應用。擁有優(you) 良流動性的球形金屬粉末，是當前金屬3D打印技術的重要基礎原料。然而，傳(chuan) 統霧化工藝生產(chan) 的3D打印球形金屬粉末價(jia) 格昂貴，通常45μm以下的球形鈦粉的價(jia) 格普遍高於(yu) 1500元/kg，而難熔合金球形粉末的價(jia) 格更是高達1萬(wan) 元/kg以上。高昂的原料成本已成為(wei) 製約全球3D打印工業(ye) 發展和規模化應用的關(guan) 鍵問題。

近來，北京科技大學曲選輝教授團隊陳剛副教授等研究人員，基於(yu) 氣-固兩(liang) 相流理論，創立了流化製備3D打印用低成本金屬粉末的新方法：以傳(chuan) 統工藝製備的低成本不規則形貌粉末（如氫化脫氫鈦粉、還原鎢粉等）為(wei) 原料，在適當溫度下，不規則形貌的粉末顆粒（固體(ti) ）在流動氣體(ti) （流體(ti) ）作用下互相碰撞，呈現出流態化現象，顆粒間的冶金結合和塑性變形顯著改善不規則粉末的形貌、球形度和流動性，並可以實現粉末流動性和雜質可控。

流化工藝示意圖

該工藝具有流程短、收得率高、能耗低、易於(yu) 規模化等特點。流化粉末性能與(yu) 球形粉末相當，成本較霧化球形粉降低60%以上，所製3D打印製品性能優(you) 異。采用SLM技術打印的純鈦流化粉成形件的氧含量為(wei) 0.17±0.01wt.%，室溫抗拉強度602±4.6MPa，斷裂延伸率20.1±1.2%，這些數據和EOS給出的官方性能相當。

采用流化金屬粉末製備的SLM成形件

基於(yu) 該工藝製備的粉末能否用於(yu) SLM技術，最受質疑的是關(guan) 於(yu) 粉末的流動性問題。對此，北科大的研究人員發表了相關(guan) 論文。研究指出，處理後的粉末相比原料粉具有更好的平滑度；除了形狀的改變，5μm以下的細粉也顯著減少，平均粒徑從(cong) 原料粉的28.6 μm增大到550℃處理後的33.9μm,這也意味著，流化處理對最終粒徑範圍和平均粒徑的影響較小。在粉末的流動性方麵，450℃處理後粉末的流動性為(wei) 35.2±0.3s/50g, 它與(yu) 已商用化的類似粒度範圍的高球形度TC4具有相當的流動性，因此並不必過多擔心鋪粉的問題。

基於(yu) 該工藝製備的粉末能否用於(yu) SLM技術，最受關(guan) 注的應當是粉末的流動性。對此，北科大的研究人員發表了相關(guan) 論文。研究指出，經流化改性處理後，不規則形貌粉末的粒度分布變窄，球形度得到改善，表麵更光滑，從(cong) 而顯著提高了粉末的流動性。例如，流化處理後的鈦粉流動性（粒度範圍：15~45μm）為(wei) 35.2±0.3s/50g，該結果與(yu) 市麵上類似粒度範圍的霧化球形TC4粉末的流動性相當，因此流化粉末也能實現順暢的送粉和鋪粉流程（相關(guan) 論文並及授權專(zhuan) 利已上傳(chuan) QQ群）。

粉末原材料初始態和與(yu) 處理後流化態的效果

粉末原料與(yu) 處理後的形貌對比

該團隊以低成本氫化脫氫粉末為(wei) 原料，通過流化技術已經研製出了Ti、Ti-6Al-4V、TiTa、Nb521、NbTi等3D打印高熔點微細粒徑金屬粉末，供應給中國航發北京航空材料研究院、鋼鐵研究總院、北京隆源、上海第九人民醫院等單位，應用於(yu) 航天/航空發動機關(guan) 鍵部件與(yu) 醫用植入體(ti) 的3D打印成形，用戶評價(jia) 良好。該創新工藝榮獲了第四屆冶金青年創新創意大賽二等獎，第六屆中國國際“互聯網+大學生創新創業(ye) 大賽”北京賽區二等獎。