3D列印的主要材料分為塑料和金屬二大類。然而多種填料與複合材料也可使用，例如高分子–陶瓷和陶瓷–金屬複材。令人印象深刻的是越來越多金屬粉末可用在 3D列印系統，設計人員可以選擇的範圍就更廣。許多研究已經證明，客製化的微結構可以用 3D列印製程來產生，此為傳統金屬成型製程所做不到的，並在某些情況下，這種能力可大幅地提高金屬部品的性能。本文將詳細介紹高性能金屬粉體的製備方法，以及國內、外金屬粉末 3D列印技術的最新發展狀況。
3D列印用金屬粉體需求
3D列印用粉體由於積層製造過程歷經快速冷卻凝固，與傳統製程有所差異，而快速冷凝的過程將導致材料應力分布情況改變，因此合金設計需重新考量，才能使產品得到最佳性質。另 NanoSteel Company 的專家提到，在一連串規劃的實驗中，金屬粉體的圓球度、氧含量等等將會對 3D列印後的產品性質產生極大影響。總體來說，金屬 3D列印中為使產品性質最佳化，高性能金屬粉體需具備以下條件。
3. 粉末合金組成
良好的粉體需具有精準的合金配方、均勻的合金元素分布以及規範內的雜質元素含量。而為了配合 3D列印之急速冷卻過程，甚至有必要開發新的合金系統或合金比例。例如在第七屆 Laser Additive Manu-facturing Workshop 研討會中，學者提出在 Inconel 625 合金中，增加鐵及氮含量可使 3D列印產品孔隙率降低，而矽和錳含量過高則可能造成孔隙率增加，可見合金元素含量的修正，可使材料更適用於3D列印使用。另一方面，工研院正在進行部分特用複合粉體材料研發，在粉體生產過程中將金屬基底及高硬度強化相直接複合，再搭配 3D列印高冷卻速率及淨成型的特點，完成高硬度、高強度金屬/陶瓷複合材料，此複合材相較於傳統複合材，將具有強化相細小且分布非常均勻等特點，預估可大幅提升複合材工作範圍。
金屬粉體的製備技術
2. 氣體霧化法
氣體霧化法(GA)為目前 3D列印粉體最重要的生產方式之一，如圖七所示，將熔融的金屬材料流過流嘴，而後液流受到高速氣體衝擊，使之破碎、球化、冷凝，再從桶槽下方收集。此方式由於發展成熟、合金操控方便，且能有效產出直徑 150微米以下粉體，長期以來為 3D列印粉體生產主要方式。工研院針對氣體霧化粉體之粒徑部份已進行相當程度研究，也已取得良好的成果，相信對於有粉體生產疑慮的廠家而言，可提供有效的經驗分享及研發協助。
圖十、電極感應熔融氣霧化法
5. 電漿球化法
Tekna 公司開發電漿球化法製程，將化學法或機械研磨法產出之不規則形粉體，輸送進入電漿火炬中，電漿火炬將其表面熔融，再重新凝固，如此可將不規則形粉體轉變成球型且表面平滑之粉體，如圖十一。此為一相當新穎有趣的製程，化學法與機械法生產之不規則形狀粉體，經由電漿作用後完成球化作用……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十四、工研院輔導廠商建立之金屬粉體霧化設備
作者：葉子暘、曹申、賴宏仁/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」346期，更多資料請見下方附檔。