铝具有密度低、机械性能好、可加工性强、耐腐蚀和导电性强等特点，是增材制造领域最常用的金属粉末。通过优化铝粉特性，可在航空航天、汽车和工业应用中可靠地打印出强度高、重量轻的铝制零件。
本指南涵盖特性、规格、雾化生产、质量保证注意事项、应用以及有关采购用于粉末床熔融或粘结剂喷射三维打印的铝粉的建议。
3d 打印机铝粉 作曲
用于 AM 的常用铝材牌号包括
| 合金 | 说明 | 典型构成 |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | 添加硅和镁的铸造合金，具有强度和耐腐蚀性 | 剩余 Al、9-11% Si、0.25-0.45% Mg、0.8% max Fe、0.2% max Cu |
| AlSi7Mg | 与 AlSi10Mg 非常相似，但硅含量略低 | 其余 Al、6-8% Si、0.25-0.45% Mg、0.8% max Fe、0.2% max Cu |
| 6061 | 非常常见的镁硅热处理锻造合金 | 其余 Al、0.8-1.2% Mg、0.4-0.8% Si、0.7% max Fe、0.15-0.4% Cu、0.04-0.35% Cr |
将成分与机械性能、耐腐蚀性、焊接性需求和合金成本相匹配。
规格概览
| 参数 | 详细信息 | 测试方法 |
|---|---|---|
| 纯净 | >首选 98% 铝质材料 | ICP 分析 |
| 粒子形状 | 所需的球形 >90% | 显微镜 |
| 尺寸分布 | D50: 25-45 μm 典型值 | 激光衍射 |
| 表观密度 | 1.2-1.8 克/立方厘米 | 霍尔流量计 |
| 流动性 | 霍尔流量 25-50 秒（50 克样品 | 霍尔流量计 |
| 氧化物和氢氧化物 | <3%（按重量计 | TGA、XRD、惰性气体熔融 |
| 水分含量 | 按重量计<0.2% | 热重分析 |
高粉末质量和一致性是将缺陷最小化的 AM 加工成高密度、高强度零件所必需的。
雾化方法
通过 3d 打印机生产铝粉：
- 空气雾化 - 高压空气将熔融铝分解成细小的球形液滴，防止氧化。能量较低的工艺可产生较大的颗粒，适合粘合剂喷射印刷。
- 氮雾化 - 氮气环境可防止雾化过程中的表面氧化，从而实现更细的粉末尺寸、更低的氧气含量和更高的流动特性，是 SLM 和 EBM 的首选。
- 电极旋转雾化 - 将稀薄的熔融铝快速旋入氮气中，可获得粒度分布非常均匀、堆积密度良好的粉末。
通过控制工艺气氛、冷却速率和气体动力学，可优化铝颗粒的尺寸和形态，使其适用于需要良好流动性和剪切响应的粉末床应用。
机械性能
| 合金 | 密度（克/立方厘米） | 屈服强度（兆帕） | 拉伸强度（兆帕） | 伸长率 |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
要达到规定的强度，需要优化印刷参数和后处理（如老化）。部件方向也会对机械性能产生重大影响。
金属 AM 应用
AlSi10Mg 铝广泛应用于各行各业的添加式制造：
- 航空航天与国防：轻型机身、无人机部件；保形热交换器和冷板；主动晶格结构。复合材料铺层的快速工具。
- 汽车：铝的内含能比钢低 3 倍，可通过减轻重量提高燃油效率。定制的车身面板、配件、底盘元件（如控制臂）可提高性能。歧管外壳等热交换器部件可提高功能性。用于碳纤维复合材料的夹具。
- 工业：中小批量的定制批量生产。用于电子产品热管理的散热器，具有优化的外形尺寸。叶轮、泵、阀门和外壳等流体流动部件。具有轻质耐用性的夹具、固定装置、导轨和量具。
- 建筑：按需定制的专业部件。使用混合印刷和青铜填充的装饰元素。用于可视化的尺寸精确的比例模型。
认证标准
- ASTM B556 - 使用合金 6061 的粉末冶金 (PM) 铝合金结构部件标准规范
- ASTM B925 - 用于汽车、航空航天和国防应用的粉末冶金法加工的优质铝合金粉末标准规范
- ASTM E2926--增材制造铝粉和原料标准规范
在购买前，审查经统计验证的批次证书，显示符合目标等级规格和 AM 加工需求。
常见缺陷
主要铝金属 AM 缺陷及其根本原因：
| 缺陷 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 孔隙率 | 水分；氧化物；金属蒸发 | 降低湿度；尽量减少氧化物；调整能量密度 |
| 裂缝 | 快速冷却；残余应力；杂质 | 优化模板预热；热等静压；高纯度粉末 |
| 脱层 | 再装载机叶片力；层融合不良 | 平滑粉末粒度分布；优化撒布层；验证撒布器设置 |
| 滚珠 | 高表面张力抑制流动 | 预热板可加快熔化速度 |
| 表面处理问题 | 飞溅物，未熔化的颗粒融合在 | 给定粉末的参数优化 |
在批量生产之前，通过试制调整打印参数，以实现完全致密的零件。
定价因素
| 参数 | 影响 |
|---|---|
| 粉末级 | 纯度/球形度越高，价格越贵 |
| 地块面积 | 规模经济节约 500 多公斤 |
| 认证级别 | 全面认证与批量测试 |
| 雾化法 | 氮气 > 空气，因为稠度更高，氧化物更少 |
| 地区物流 | 尽可能在当地采购 |
较小尺寸分布的铝 AM 粉交货价格预计在 $50-100/kg 左右。大型制造商可提供规模经济效益。
购买注意事项
| 参数 | 重要性 |
|---|---|
| 质量合规性 | 高 |
| 采样可用性 | 高 |
| 技术专长 | 中型 |
| 客户案例 | 中型 |
| 定价 | 低 |
供应商比较
| 制造商 | 尺寸范围 | 质量 | 一致性 | 前导时间 | 定价 |
|---|---|---|---|---|---|
| [品牌 1] | 10-45 μm | 完全认证 | 非常一致 | 12-14 周 | $$$ |
| [品牌 2] | 15-65 μm | 批量测试 | 轻微变化 | 3-4 周 | $ |
| [品牌 3] | 10-63 μm | 独立 MPI | 符合最低规格 | 8-10 周 | $$ |
选择符合部件应用质量合规要求的领先品牌，即使价格较高，也要避免缺陷和属性偏差风险。
常见问题
问：铝激光粉末熔床的最佳粒度是多少？
答：25-45 μm 的铝粉粒度可促进致密堆积，具有良好的剪切力和熔体流动反应，是粉末床应用中理想的铺展和高密度熔融材料。
问：如何正确存放 AM 铝粉？
答：用吸湿袋将容器密封，以防止氧化和稳定，如果在阴凉处避免阳光直射，保质期为 6-12 个月。
问：用于金属 AM 的铝粉是否需要特别的处理注意事项？
答：被归类为非危险品，但在通风良好的地方使用粉末，并配备经批准的个人防护设备，因为细金属微粒有呼吸道健康和粉尘爆炸的风险，需要制定安全规程。
问：对快速成型的铝制部件通常会进行哪些后处理？
答：铝 AM 零件通常要经过固溶处理、时效沉淀硬化、钝化和电抛光处理，以消除残余应力，提高机械性能和表面光洁度。保护涂层可提高耐腐蚀性和耐磨性。