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前言
擁有與骨骼相似的彈性係數，具備航空、太空、汽車工業等都需要的優質金屬疲勞強度及抗腐蝕的球狀純鈦及鈦合金金屬粉末，在各產業皆有廣泛的應用。
鈦粉特殊製程
• 原料端：製造海綿鈦
• 合金精煉(Alloy refining) 與純化技術(Purity control)
• 氣霧法(Gas atomization)
日本從原料端（海綿鈦）開始製作，先以鈦礦石進行氯化過程? 蒸餾精煉? 真空分離鈦元素? 海綿鈦。精練過程中，將雜質元素包含「鐵、氧、氮、氫」去除，獨特的雜質去除技術，特殊製程將雜質控制在1% 以下，使得其純鈦、鈦合金粉末純度高達99% 以上。
鈦是高熔點活性金屬，很難有適當的耐火材（坩堝）來進行熔融，在進行粉末噴霧生產時，必須考慮到如何維持穩定的融湯流，且在坩堝底部的噴嘴形狀設計上，有一定的難度。此外，使用坩堝熔融鈦時，在高溫融湯和坩堝的接觸下，坩堝中的雜質，也會對鈦融湯的純度有所影響。
而日本使用獨家技術IAP 法(Induction melting gas atomizing process) 製程， 因不使用坩堝， 使鈦熔湯不與容器接觸的關係，確保粉末的純化(Purity control)；並使用自家生產的高純度海綿鈦，取代一般使用鈦棒的方式熔融，經過高周波誘導線圈加熱使融湯滴下，再使用惰性氣體氬氣(Argon) 進行高速霧化，霧化過程將金屬迅速熔融後固化，以獲得更好的球狀(Spherical) 微觀結構組織。
而IAP 法是從原料端的管控，並透過原料的連續供給、連續熔融、噴霧的最佳化條件下，量產出高品質純鈦及鈦合金粉末的製程。也是日本獨創的量產型製造設備，加上最高QC 品質的製造追蹤其品質管控，純鈦和鈦合金粉末產品一致性高。
粉末的特性
球形狀、流動性佳、高純度、氧含量、氮含量低，因此在強度、韌性、延展性、耐腐蝕、高溫強度會更加優異，鈦粉為活性較高之金屬特性，因此在日本獨創的製程中，能夠保證其成份及低氧含量之需求。
粉末應用面
主要可應用於積層製造（金屬3D 列印）、熱噴塗、冷噴塗、粉末冶金……等方面。
圖1：IAP 法製程高速霧化法; 圖2：原料端──海綿鈦的製造
工業用
鈦棒濾心，一般使用純鈦之金屬粉末為原料製程，鈦棒濾心適合分離含有剛性顆粒及黏度較低的溶液，像是化學工業溶劑、試劑、原料藥生產之過濾，鈦棒濾心容易清洗、使用壽命強，因為是純鈦之材料，化學穩定佳、耐酸鹼腐蝕、抗氧化性能佳。
金屬3D 列印之積層製造：生醫
由於積層製造微加法技術，因此能夠針對需求之組織結構進行設計，可以利用孔隙率或控制表面粗糙來進行設計出適合植入的結構及符合細胞生長，以及骨的結合形式，有別於傳統的製程方式，積層製造之加法製程方法，不僅縮短複雜工件的製作工期，也能進行批量客製化，提升製造效率。
金屬3D 列印之積層製造：航太
積層製造航太產業之零組件，大多都希望達到簡化設計，增加零組件之功能、材料之消耗之減少、降低重量及成本……等之效益。也因為是航太領域使用的零件，需具備輕量化、同時也具有高價值的零件（發動機渦輪、葉片），進行相關航太零組件修補，由於積層製造為加法製程，因此積層製造更能節省傳統製程上所消耗的貴重材料之成本。
藉由積層製造航太零件，可以製造出消失性商源零件、高單價的工件以及複雜形狀的零組件，倘若要生產相關的新開發的工件、夾治具，也可透過積層製造製作，如果一來便能夠縮短模具製造的時間，生產時間縮短，節省製作成本。
目前已經有非常多積層製造之航太產業案例，如NASA、Airbus 集團APWorks、GE 公司、德國MTU Aero Engines 公司、日本三菱重工、日本航空太空JAXA……等。為了製造出輕量化結構，藉由設計以及積層製造製程，能將載重減少45% 以上。
金屬3D 列印之積層製造：汽車工業
目前BMW 集團也導入積層製造，採用「拓撲優化」(Topology-Optimized) 之設計，讓列印出來的零組件在功能上以及形式增強，在強度上仍保有原本的特性，但相較傳統組件可以輕量約50% 以上，如此一來，零件的輕量化，汽車的空間也更能讓使用者充分利用。
汽車零件，如渦輪增壓器、連桿等零組件採用鈦合金之材料，能大幅提升引擎反應速率以及燃油之效率，但是傳統的加工方式，會浪費過多鈦合金材料，因此成本很高，很難被汽車產業採用，因為加法製程之積層製造技術，補足了汽車產業製作的優勢，能夠降低鈦合金零組件之生產成本。此外，燃油效率之提昇，也是汽車產業之重要目標，包含汽車引擎、渦輪增壓器、齒輪箱、熱交換器等。
圖3：球狀鈦合金粉末; 圖4：球狀粉末斷面組織
圖5：日本鈦合金粉末的強度試片列印例; 圖6：金屬3D 列印成型的鈦合金人工關節例
結語
日本高機能鈦金屬粉末應用廣泛，製程通過ISO 9001認證以及AS9100 認證，隨著新製程以及混合不同粉末的成型技術整合，未來鈦粉末的應用及前景是非常有發展性的。■
