金属粉末的球形度直接影响铺粉均匀性和打印质量。球形颗粒(球形度>95%)流动性更佳,可通过霍尔流量计测试(如钛粉流速≤25s/50g)。非球形粉末易在铺粉过程中形成空隙,导致层间结合力下降,零件抗拉强度降低10%-30%。此外,卫星粉(小颗粒附着在大颗粒表面)需通过等离子球化处理去除,否则会阻碍激光能量吸收。以铝合金AlSi10Mg为例,球形粉末的堆积密度可达理论值的60%,而不规则粉末40%,明显影响终致密度(需>99.5%才能满足航空标准)。因此,粉末形态是材料认证的主要指标之一。粉末床熔融(PBF)技术通过精确控制激光参数,可实现99.5%以上的材料致密度。上海因瓦合金粉末品牌

通过双送粉系统或层间材料切换,3D打印可实现多金属复合结构。例如,铜-不锈钢梯度材料用于火箭发动机燃烧室内壁,铜的高导热性可快速散热,不锈钢则提供高温强度。NASA开发的GRCop-42(铜铬铌合金)与Inconel 718的混合打印部件,成功通过超高温点火测试。挑战在于界面结合强度控制:不同金属的热膨胀系数差异可能导致分层,需通过过渡层设计(如添加钒或铌作为中间层)优化冶金结合。未来,AI驱动的材料组合预测将加速FGM的工程化应用。广西金属粉末水雾化法制备的不锈钢粉末成本较低,但流动性逊于气雾化工艺生产的球形粉末。

微层流雾化(Micro-Laminar Atomization, MLA)是新一代金属粉末制备技术,通过超音速气体(速度达Mach 2)在层流状态下破碎金属熔体,形成粒径分布极窄(±3μm)的球形粉末。例如,MLA制备的Ti-6Al-4V粉末中位粒径(D50)为28μm,卫星粉含量<0.1%,氧含量低至800ppm,明显优于传统气雾化工艺。美国6K公司开发的UniMelt®系统采用微波等离子体加热,结合MLA技术,每小时可生产200kg高纯度镍基合金粉,能耗降低50%。该技术尤其适合高活性金属(如锆、铌),避免了氧化夹杂,为核能和航天领域提供关键材料。但设备投资高达2000万美元,目前限头部企业应用。
3D打印多孔钽金属植入体通过仿骨小梁结构(孔隙率70%-80%),弹性模量匹配人体骨骼(3-30GPa),促进骨整合。美国4WEB Medical的脊柱融合器采用梯度孔隙设计,术后6个月骨长入率达95%。另一突破是镁合金(WE43)可降解血管支架:通过调整激光功率(50-80W)控制降解速率,6个月内完全吸收,避免二次手术。挑战在于金属离子释放控制:FDA要求镁支架的氢气释放速率<0.01mL/cm²/day,需表面涂覆聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)膜层,工艺复杂度增加50%。

铝合金3D打印件经过热处理后,抗拉强度可提升30%以上,但易出现热裂纹缺陷。上海3D打印金属粉末
金属粉末回收系统可将未熔融的3D打印余粉筛分后重复使用,降低成本损耗。上海因瓦合金粉末品牌
纳米级金属粉末(粒径<100nm)可实现超高分辨率打印(层厚<5μm),用于微机电系统(MEMS)和医疗微型传感器。例如,纳米银粉打印的柔性电路导电性接近块体银,但成本是传统蚀刻工艺的3倍。主要瓶颈是纳米粉的高活性:比表面积大导致易氧化(如铝粉自燃),需通过表面包覆(如二氧化硅涂层)或惰性气体封装储存。此外,纳米颗粒吸入危害大,需配备N99级防护的封闭式打印系统。日本JFE钢铁已开发纳米铁粉的稳定制备工艺,未来或推动微型轴承和精密模具制造。