鉴于原材料对工艺和部件性能的影响，本文主要介绍在增材制造中选择、储存、使用和回收金属粉末时应注意的事项。

制粉工艺

最常见的金属粉末生产方法是海绵铁工艺和通过水或气体雾化。经海绵铁工艺生产的颗粒具有很高的孔隙率，因此被称为"海绵"铁。雾化则是将熔融金属流强制通过喷嘴，在金属流离开喷嘴时，用惰性气体（气体雾化）或高速雾化水流（水雾化）在产生的金属流中引入湍流，从而将金属流分解成细小的液滴并冷却得到粉末。
[发表时编辑出错导致该段重复]雾化则是将熔融金属流强制通过喷嘴，并通过在金属流离开喷嘴前提供的惰性气体（气体雾化）或高速雾化水流（水雾化）在产生的金属流中引入湍流，从而将金属流分解成水滴并冷却。

气雾化粉末往往纯度高，呈球形，流动性好。水雾化粉末往往形状不规则，含氧量高，不适合活泼金属，有研究在改善其形态，使其更适合于增材制造工艺。

对于普通材料来说，因加工过程复杂，气体雾化粉末的生产成本可能要高出2到30倍。在要求氧含量低的应用中，气体雾化粉末通常是更好的选择。由于水雾化粉末最具成本效益，因此对于要求不高的应用或对成本更为敏感的项目来说，水雾化粉末是不错的选择。GKN也曾报道称，使用这两种不同的316L不锈钢粉末对打印件的机械性能没有影响[3]。

不同的工艺，不同的粉末

用到粉末的传统工艺有模压、粉末锻造、热等静压（HIP）或金属注射成型（MIM）。使用粉末的金属3D打印工艺包括选区激光熔覆（PBF）、定向能沉积（DED）和金属粘结剂喷射 (MBJ)。MIM粉末往往更细，形状可以不是球形，但需要有高的压实密度。在基于粉床的工艺中（比如PBF和MBJ），粉末通常是球形，粒度分布范围窄，来满足流动性和封装密度的要求。像DED这样通过载气输送粉末的工艺，对颗粒形状的容忍度更高。粘结剂喷射中通常使用小于25微米的粉末，偶尔也会用25-45微米的粉末。选区激光熔覆通常使用15-63微米之间的粉末，而DED粉末通常较大，为15-150微米。较粗的粉末在DED中具有优势，因为它们可以实现更高的沉积速率，这对于大规模应用非常重要。不过，应控制粒度分布，以避免沉积过程中出现堵塞或不一致的情况。光斑内应有大量的颗粒，可以确保无孔融合。

选粉的关键因素

在选择金属粉末时，需考虑以下七大要素：化学成分、清洁度、均匀性、一致性、流动性、铺展性、成本。
在材料性能和机械性能至关重要的应用领域，如航空航天和医疗，氮、氧等元素的含量需要严格控制。
粉末清洁度（即无污染物和表面氧化物）、粉末均匀性（一致的粒度分布会使最终产品熔化均匀，孔隙率最小）和粉末一致性。不同批次之间，粉末的一致性会有差异，可能会导致打印件的性能有所差别。如果是顶部或重力供料机制，粉末流动性就很重要。铺展性则关系到粉末层的均匀性。
为了实现商业盈利，需要平衡材料成本和打印速率。

高强度和高熔点合金

与车、铣等减材工艺相比，增材制造工艺在生产难以加工（DTM）的金属材料上被认为更具优势，比如高强度工具钢、钛、钨和各种镍基合金等。耐火材料由于熔点高，利用常见的可规模化生产球形粉末的雾化工艺（如PREP、EIGA、VIGA等）很难得到可用的粉末。在PREP工艺中，由于等离子枪功率有限，对钨、钼、钽、铌基金属及合金进行旋转雾化制粉面临较大的挑战。在EIGA和VIGA工艺过程中，熔化的液滴快速脱离高温区进行雾化，常常由于过热度较低，在雾化冷凝过程中没有充足的温度和时间在表面张力的作用下形成球形。此外，粉末的产量也较低。
在基于熔化的增材制造工艺中，需要非常高的能量密度将材料熔化，所以粉末失效更快。此外，扫描速度较低，加工速度缓慢，制造成本较高，商业可行性较低。耐火材料的韧脆转变温度较高，如纯钨（约为400℃）、纯钼（140-150℃）等，在快速冷却过程中易裂，尤其是大型部件。钨粉（特别是碳化钨）在粉末冶金应用中更为常见，因为，在熔炉中可以更精确地控制冷却速度，例如制造切削工具刀片。

储存和处理

正确储存和处理金属粉末不仅对防止污染以保持其纯度很重要，而且对安全也很重要。由于金属粉末的比表面积很大，因此可能具有很高的反应性，吸入后会对健康造成危害。金属粉末还可能具有爆炸性。铝粉被用作固体火箭助推器的燃料，原因就在于此。
将金属粉末储存在干燥、受控的环境中，远离湿气、潮气和热源，并且使用与粉末相容的非反应性材料制成的密闭容器。

回收再利用

金属粉末的回收再利用会对增材制造工艺的可持续性和成本效益有很大的影响。随着使用次数的增加，粉末由于比表面积大，易于空气中的水分和氧气反应，导致其质量下降。有很多研究也在探索粉末循环使用次数对打印件性能的影响。粉末的闭环使用也是一个未来发展的方向。除了潜在的污染问题，还必须注意以下几个方面：粒度分布的变化，增加暴露或爆炸风险带来的安全问题，难以满足监管和质量标准，尤其是在航空航天和医疗行业。严格的材料测试和质量控制，可以帮助减轻其中的一些挑战，提高 AM 工艺的可持续性。

参考资料：
[1] https://www.engineering.com/story/metal-powders-for-3d-printing-an-engineers-guide
[2] https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.02.030
[3] https://news.pminnovationblog.com/blog/pioneering-a-full-range-of-low-alloy-steels-for-additive-manufacturing