中國粉體網訊 金屬粉末3D打印（增材制造）技術憑借其高精度、高復雜度成型能力，廣泛應用于多個領域：在航空航天領域用于制造輕量化、高強度的渦輪葉片、發動機部件；在醫療行業可定制個性化植入物（如鈦合金骨科假體、牙冠）；在汽車工業實現輕量化結構件與快速原型開發；在模具制造中用于制造隨形冷卻水道的注塑模具。其優勢在于減少材料浪費、突破傳統加工限制，尤其適用于小批量、高性能、復雜結構的產品制造，是推動先進制造升級的重要技術。
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、電子表面貼裝等領域，這些領域對于金屬粉末的粒度、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不斷朝著小粒徑、高純度、低氧含量、高效率等方向發展。
作為增材制造的核心原材料，金屬粉末的形態與性能直接影響3D打印件的質量。霧化法憑借其高效率、高可控性特征，已成為當前80%以上3D打印金屬粉末的制備方式。
主流霧化技術原理與性能對比
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-表面能轉化實現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、球形度高、純度高等優點，是目前生產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，快速冷卻形成不規則粉末。其生產成本低，霧化效率高，常用來生產鋼鐵粉末、含油軸承用預合金粉末、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則狀，導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水接觸后會發生反應，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
3. 超聲振動霧化法
超聲振動霧化技術通過功率源發生器將工頻交流電轉變為高頻電磁振蕩，提供給超聲換能器，超聲換能器借助壓電晶體的伸縮效應將高頻電磁振蕩轉化為微弱的機械振動，然后再將機械振動的質點位移或者將機械振動的速度放大，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。
超聲振動霧化技術制備金屬粉末
超聲振動霧化技術突破傳統氣霧化粒徑下限，實現亞微米級鎢粉制備；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致衛星粉聚集，而且設備維護成本高，暫未實現＞100kg/h的連續生產。
4. 等離子旋轉電極霧化法
等離子旋轉電極霧化法（PREP）是一種離心霧化法，將母合金加工成棒料，作為自耗電極，在惰性氣體環境下，以等離子弧作為熱源加熱旋轉的金屬棒料，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、雜質元素低、空心粉和衛星粉產量少的優點，金屬熔體被甩出后，細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的沖擊。但是，由于＜50μｍ粒徑的細粉收粉率較低，導致生產成本較高，制約了其在粉末冶金及金屬增材等方面的推廣與應用。
結語
當前氣霧化法仍是高端3D打印粉末制備的核心技術，而水霧化與后處理工藝的協同創新正在改寫中端市場格局。隨著超聲霧化設備穩定性的突破，3D打印金屬粉末將加速向超細、低氧、窄分布方向發展。
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發展現狀
王利卿，等: 氣霧化球形金屬粉末形成機理的研究進展
張朔，等：霧化法制備金屬粉末及其研究進展
（中國粉體網編輯整理/留白）
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