現在、3Dプリンター用金属粉末材料の種類には次のようなものがある。 ステンレス鋼粉末金型用スチールパウダー、 ニッケル合金粉, チタン合金粉コバルトクロム合金粉末、アルミニウム合金粉末、青銅合金粉末。
金属粉 粉体調製法は、調製プロセスによって、還元法、電解法、粉砕法、アトマイズ法などに分けられる。一般的に使用されている最先端の粉末調製法は、アルゴンアトマイズ法とプラズマ回転電極法である。
3Dプリンティング用の金属粉末には、いくつかの性能指標がある。
純度。セラミック介在物は最終部品の性能を著しく低下させる可能性があり、これらの介在物は一般的に融点が高く、焼結が困難であるため、セラミック介在物を含まない粉末が必要となります。これに加えて
さらに、酸素と窒素の含有量も厳密に管理する必要がある。金属3Dプリンティングのための現在の粉末調製技術は、主にアトマイゼーション（エアロゾル化や回転電極アトマイゼーションを含む）に基づいており、粉末は比表面積が大きく酸化しやすい。
航空宇宙などの特殊用途では、この指標に対する顧客の要求はより厳しく、例えば、高温合金粉末の酸素含有量0.006%～0.018%、チタン合金粉末の酸素含有量0.007%～0.013%、ステンレス鋼粉末の酸素含有量0.007%～0.013%などである。 0.013%、ステンレス鋼粉末の酸素含有量は0.010%～0.025%（いずれも質量分率）。チタン合金粉末の場合、高温の窒素、水素、チタンはTiNとTiH2を形成し、チタン合金の塑性と靭性を低下させる。これはチタン合金の塑性と靭性を低下させる。したがって、粉末調製時の雰囲気は厳密に管理されるべきである。
パウダー粒度分布。3Dプリンティングマシンや成形プロセスによって、必要とされるパウダーの粒度分布は異なります。金属3Dプリンティングで一般的に使用されるパウダーの粒度範囲は、15～53μm（微粉）、53～105μm（粗粉）であり、場合によっては105～150μm（粗粉）に緩和されることもある。15～53μmのパウダーサイズは消耗品として使用され、パウダーは層ごとに補充され、エネルギー源として電子ビームが使用される。
電子ビームは、粉末敷設タイプのプリンタのエネルギー源として使用され、焦点スポットはやや粗く、粗い粉末を溶融するのに適しており、メインとして53〜105μmの粗い粉末の使用に適しています。
粉末の形態。一般的に、金属ガスや溶融液から粉末にする場合、粉末粒子の形状は球状になりやすく、固体から粉末にする場合、粉末粒子の形状は不規則になりやすい。一般的に、真球度が高いほど粉末粒子の流動性は向上する。3Dプリントされる金属粉末は、真球度が98％以上であることが必要であり、これによりプリント中に粉末を広げたり供給したりすることが容易になる。
エアロゾル化法と回転電極法を除くすべての方法で調製された粉末は非球状である。粉末の形状は非球状である。したがって、エアロゾル化法と回転電極法は、高品質の3Dプリント金属粉末を調製するための主な方法である。
パウダーフローとルースパッキング密度。パウダーフローは、印刷中のパウダーの広がりの均一性とパウダー供給プロセスの安定性に直接影響します。粉体の流動性は、粉体の形状、粒度分布、かさ密度に関係する。流動性は粉末の形態、粒度分布、嵩密度に関係する。
粉末粒子が大きいほど、粒度分布と粉末の密度が大きくなる。粉体粒子が大きいほど、粒子形状が規則的で、粒度組成に占める超微粉の割合が小さいほど、移動度が向上する。 粉体粒子が大きいほど、粒子形状が規則的で、粒度組成に占める超微粉の割合が小さいほど、移動度が向上する。粒子 密度は変わらず、相対密度が増加し、粉体の移動度が増加する。粒子 表面に水やガスなどが吸着すると、粉体の流動性が低下する。緩充填密度とは、粉体試料が所定の容器に自然に充填されたときの粉体の単位体積をいう。粉体の質量。一般に、粉末の粒度が粗いほど嵩密度は高くなる。粉末が粗いほど嵩密度は高くなる。ルース
見かけ密度が最終的な金属印刷製品の密度に及ぼす影響については、決定的な証拠はない。かさ密度が最終的な金属印刷製品の密度に及ぼす影響については、決定的な証拠はないが、かさ密度を高めると粉末の流動性が改善される可能性がある。
Additional FAQs About Metal Powders for 3D Printing
1) What sphericity and PSD targets are recommended for LPBF vs. EBM?
- LPBF: sphericity ≥0.92–0.97, PSD 15–45 µm. EBM: sphericity ≥0.90–0.95, PSD 45–106 µm to suit larger melt pools and higher preheat temperatures.
2) How do oxygen and nitrogen contents impact part performance?
- Elevated O/N increase strength but reduce ductility and fatigue life; excessive N can form nitrides (e.g., TiN) harming toughness. Follow alloy-specific limits and verify with LECO O/N/H results on each lot.
3) What practical tests indicate good flowability for Metal Powders for 3D Printing?
- Hall flow (e.g., 12–25 s/50 g), Carney flow for coarser powders, angle of repose, and rheometry for spreadability. Pair with apparent/tap density and image-based satellite/hollow quantification.
4) How many powder reuse cycles are acceptable?
- With sieving, blending, and O/N/H monitoring, 6–10 reuse cycles are typical for steels/Ni/Ti. Stop reuse when oxygen trends upward, PSD shifts finer, or density/porosity metrics degrade.
5) What storage and handling practices preserve powder quality?
- Keep sealed under inert gas, minimize humidity and thermal cycling, ground equipment per NFPA 484, and log lot genealogy/reuse count. Sample regularly for PSD and interstitials.
2025 Industry Trends for Metal Powders for 3D Printing
- Heated build plates (200–450°C) widely adopted to broaden print windows and reduce lack-of-fusion in crack-prone alloys.
- Inline quality data on Certificates of Analysis now include CT-based hollow/satellite fraction and real-time O/N/H trends.
- Price stabilization from expanded EIGA/PA capacity; more regional atomizers shorten lead times.
- Sustainability focus: higher revert content and documented powder reuse programs without compromising mechanical properties.
- Qualification momentum: more public allowables for Ti-6Al-4V, IN718, and 316L after HIP and defined surface states.
2025 Market and Technical Snapshot
| Metric (2025) | Typical Value/Range | YoY Change | Notes/Source |
|---|---|---|---|
| AM-grade 316L/CoCr powder price | $30–$80/kg | -3–8% | Supplier quotes, distributor indices |
| AM-grade Ti-6Al-4V powder price | $120–$220/kg | -5–10% | Capacity gains (EIGA/PA) |
| AM-grade IN718 powder price | $70–$160/kg | -2–7% | Alloy/operator dependent |
| Recommended PSD (LPBF / EBM / DED) | 15–45 µm / 45–106 µm / 45–150 µm | Stable | OEM guidance |
| Typical LPBF density after HIP | 99.7–99.95% | +0.1–0.2 pp | OEM/academic datasets |
| Validated reuse cycles (with QC) | 6–10 | +1–2 | O/N/H + sieving programs |
| Sphericity (SEM/image analysis) | ≥0.92–0.97 | Slightly up | Supplier CoAs |
Indicative sources:
- ISO/ASTM AM standards (52900 series; 52907 powders; 52908 machine qualification): https://www.iso.org | https://www.astm.org
- NIST AM Bench and powder metrology: https://www.nist.gov
- ASM International Handbooks (Powder Metallurgy; Additive Manufacturing): https://www.asminternational.org
- NFPA 484 (Combustible metals safety): https://www.nfpa.org
Latest Research Cases
Case Study 1: Low-Oxygen IN718 Powder Improves LPBF Fatigue (2025)
Background: An aerospace tier-1 needed higher HCF life on thin LPBF brackets.
Solution: Switched to argon gas-atomized IN718 (O ≤0.025 wt%, sphericity ≥0.95), implemented 300°C plate heating, island scan with contour-first, HIP + standard age.
Results: Relative density 99.9%; surface-connected defect rate −55% on CT; HCF life (R=0.1) improved 2.1×; first-pass yield +8%.
Case Study 2: Ti-6Al-4V Powder Reuse Program with Inline O/N/H (2024)
Background: Medical OEM sought to reduce powder cost while maintaining ductility.
Solution: Established 8-cycle reuse with 53 µm sieve cutback, lot blending rules, and batchwise LECO O/N/H; parts HIP’d and machined to identical surface spec.
Results: Oxygen rose from 0.10→0.14 wt% over 8 cycles yet elongation remained within spec; no density drift (≥99.8% after HIP); powder spend −18% YoY.
Expert Opinions
- Prof. Tresa Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
Key viewpoint: “Cleanliness and morphology—especially low satellite and hollow fractions—directly map to defect populations and fatigue behavior in powder-bed parts.” - Dr. John Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
Key viewpoint: “Lot-to-lot PSD and interstitial control often determine qualification timelines more than marginal laser parameter changes.” - Dr. Christina Salvo, Materials Engineer, Aerospace AM Programs
Key viewpoint: “Heated-plate LPBF plus disciplined powder reuse plans deliver both quality and cost control for mission-critical alloys.”
Practical Tools and Resources
- Standards and guidance
- ISO/ASTM 52907 (Metal powders), 52908 (Machine qualification), 52910 (Design for AM)
- https://www.iso.org | https://www.astm.org
- Metrology and safety
- NIST AM Bench; powder characterization and porosity methods: https://www.nist.gov
- NFPA 484 for combustible metal powders: https://www.nfpa.org
- Technical databases and handbooks
- ASM Digital Library and Handbooks for AM materials: https://www.asminternational.org
- QC instrumentation
- PSD/shape: Malvern Mastersizer, image analysis/SEM
- Interstitials: LECO O/N/H analyzers
- Flow: Hall/Carney funnels, angle of repose, FT4 rheometer
- Defects: Industrial CT for hollow/satellite fraction
Last updated: 2025-08-26
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 trends with data table; provided two recent case studies; compiled expert viewpoints; listed practical tools/resources focused on Metal Powders for 3D Printing KPIs
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if ISO/ASTM update powder QA standards, OEMs publish new heated-plate LPBF datasets, or NIST/ASM release updated fatigue–defect correlation data
