增材制造用金属粉末材料的关键影响因素分析(3)

时间：2026-01-16

材料两部分。粉末在运动途中被热源加热到一定温度后，在自身动能的作用下打入已成型区域，整个成

度；ｄ为粉末直径。

而成型过程中，热源作用于粉末颗粒的有效能量为：

型过程相当于相对高能的粉末材料轰击熔合区域的过程，这种方式较铺粉方式更有利于提高制品的致

密度。

Ｑ供一口彘｛ｄ２导一口知２㈤

式中：ｄ为材料对热源的吸收率；Ｐ为热源功率；Ｄ为

３增材制造工艺影响因素综合分析

使用增材制造技术加工工件时，首先要根据材料的特性选定热源类型、功率大小及扫描速度等参数，然后将材料通过输送装置置于加工区，并在热源的作用下逐步成型。增材制造过程是一个非连续加工过程，工艺过程的稳定性、一致性是其成败的关

热源直径；ｕ为扫描速率。

则有：

ｆ＞１

甓一意耘吉一是吉一｛ △ＴｃＪ０７ｃ∞ｄ

Ｑ需

“ｄ

‘

㈦

、。７

ｌ＜１

键。产品加工的稳定性、一致性的要求需要由材料、热源、工艺流程等因素的共同作用才能保证。增材制造过程中，一般热源的类型、功率大小及扫描速度

是恒定的，即加工过程中材料成型的热源是稳定一致的。加工过程中，热源会同时与粉末及已成型区

是一番盎

㈤

由增材制造技术的特点可知，是为常数。当

Ｑ供／Ｑ需一１时是最理想的加工状态，材料在热源的

作用下即不会过热，也不会欠热；而当Ｑ供／Ｑ需＞１

时，说明加工过程中热源的供给超过需求，多余的能量会将粉末加热到高于成型所需的温度；当Ｑ供／Ｑ需

＜１时，说明能量的供应不足。

由于：

Ｑ供／Ｑ需。Ｃｌ／ｄ

（５）

的基体发生作用，采用铺粉方式送粉时，热源对粉末的作用更加的直接；而采用直接送粉方式时，热源与基体之间的作用会变得更明显。粉末无论采用哪种

方式被置于成型区，在相同的作用区域、空间，热源

对粉体作用总量是稳定的。热源作用于材料时，受

作用机理以及材料自身状态（如粒度、球形度、表面状态）等因素的影响。因此，增材制造过程的稳定性最终由材料的稳定性、一致性所决定。

材料的一致性越好，加工过程中材料发生的冶金变化越稳定，这样才能保证扫描路径中材料的变化以及最终的性能更加的稳定、一致。对于粉末材料，性能的一致性不仅包括材料的化学成分、组织、力学性能等常规性能一致，同时其形貌特征，如粒径大小、球型度等因素也是重要的指标。最理想的增材制造用粉末应是粒径尺寸、外形一致的。受生产工艺及方法的限制，实际生产中很难采用完全一致的材

粉末直径越小，在其他参数相同的条件下，

Ｑ供／Ｑ需的比值越大，即能量供应过量幅度越大，越容易在成型过程中出现过热现象。过度的加热可能

会造成材料熔融过度，熔池温度过高，熔池内金属液

的流动情况变得更为复杂，有可能使金属液发生飞溅现象，过高的温度更容易使合金元素发生烧损，甚至会导致元素与保护气体发生反应而引入夹杂等问题。粉末直径越小，比表面积越大，越容易发生团聚现象，团聚后的粉末会大大降低粉末的可输送性。

金属熔融后，受表面张力的作用极易发生球化，由于

成型中冷却速度快，球化可能会被完全保留下来，使

得工件的表面质量下降，严重时可以造成加工无法进行。实际生产中发现，加工过程中发生球化现象的程度随粉末中细粉的比例增大而增强。

当粉末直径过大时，加热过程获取的能量无法充分地将粉末加热至理想成型温度，这可能导致材料的冶金变化不完全，影响材料之间的结合力，使得工件的致密性下降。当粉末直径达到一临界值时，

料，加工用的粉末一般由多种粒径的粉末混合而成。

为保证加工过程中的稳定Ｊ生，这种混合粉末在加工过

程中发生的冶金变化应控制在合理的范围内。

假设增材制造过程中粉末均为理想球体，热源能量密度均匀分布，忽略材料外形对热源吸收率的影响以及加工过程中材料的相变等因素。则粉末在成型过程中被加热至成型温度所需的能量为：