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導(dǎo)讀：在每年一屆的IPB上海粉體展成功舉辦16載之計，集各方意見與調(diào)研，IPB決定開展各地巡演活動，并將北京作為巡演首站，此次巡演活動主題聚焦時下熱門的“3D打印”。

2018年4月20日下午，2018 IPB上海國際粉體加工/散料輸送展覽會北京巡展在北京港澳中心瑞士酒店召開。來自京津冀地區(qū)的40余位粉體行業(yè)專家、粉體原材料企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商等參加。

圖1.會議現(xiàn)場

會議由中國顆粒學(xué)會和紐倫堡會展(上海)有限公司主辦，在每年一屆的IPB上海粉體展成功舉辦16載之計，集各方意見與調(diào)研，IPB決定開展各地巡演活動，并將北京作為巡演首站。此次巡演活動主題聚焦時下熱門的“3D打印”，并圍繞3D打印技術(shù)、對粉體品質(zhì)要求等話題進行專家報告及行業(yè)交流。

圖2.中國顆粒學(xué)會副理事長蔡小舒教授致辭

在開幕致辭中，蔡小舒教授表示，粉體技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域廣泛，其發(fā)展對推動多領(lǐng)域的經(jīng)濟發(fā)展有著積極作用。IPB上海粉體展自2003年首次成功舉辦以來，已成為中國粉體加工及散料輸送領(lǐng)域 “一站式”展覽會。接著，祝愿巡展首站北京站能夠旗開得勝，并對與會著表示了感謝。

圖3.弗爾德科學(xué)儀器銷售經(jīng)理葉上游先生做報告

報告題目：弗爾德科學(xué)儀器在金屬粉末及3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用

對于工業(yè)級金屬3D打印領(lǐng)域，粉末耗材仍是制約該技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的重要因素之一，這是由于用于增材制造的粉末具有不同于傳統(tǒng)粉末所需要的粉末特性，不僅要求粉末純度高、雜質(zhì)含量低，還必須瞞著粉末粒徑細小、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求。目前，國內(nèi)尚未制定出金屬3D打印用材料標準、工藝規(guī)范、零件性能標準等行業(yè)標準或國標，業(yè)內(nèi)評價金屬粉末時，通常將化學(xué)成分、粒度分布作為常用指標，球形度、流動性、松裝密度可作為參考指標。將主要從化學(xué)元素分析、粒度分布及球形度這幾個方面來闡述弗爾德儀器在3D打印金屬粉末性能評價中的應(yīng)用。

弗爾德科學(xué)儀器事業(yè)部銷售經(jīng)理葉上游先生首先介紹了弗爾德科學(xué)儀器事業(yè)部全球架構(gòu)模式，旗下品牌包括德國Retsch(萊馳)、德國Retsch Technology(萊馳科技)、Carbolite·Gero(卡博萊特·蓋羅)、德國Eltra(埃爾特)等。接著介紹了弗爾德儀器在金屬粉末及3D打印領(lǐng)域一站式供應(yīng)產(chǎn)品及服務(wù)，包括萊馳Emax高能球磨儀、萊馳Retsch篩分AS系列、萊馳科技Camsizer系列動態(tài)圖像粒度粒形儀、ELTRA埃爾特元素分析儀等。

化學(xué)元素分析

對于金屬原材料及最終的粉末成品，為了檢測樣品的純度等品質(zhì)，都需要進行成分及含量檢測。3D打印用金屬粉末對純凈度要求很高，除測定主要元素及雜質(zhì)元素外，氧、氮、氫含量也有要求。弗爾德旗下的ELTRA（埃爾特）元素分析儀，源自德國，專注元素分析三十多年，主要產(chǎn)品有氧/氮/氫/碳/硫元素分析儀及熱重分析儀等。

以下是鋼中氧氮用氬氣作載氣時的測試結(jié)果：

表1 Eltra標樣91100-1001#714A的測量結(jié)果

標樣91100-1001#714A的標準含量為O 6 ppm，N 19 ppm，從上面結(jié)果可以看出，即使是對超低含量的樣品，使用Elementrac ONH-p的多次測樣結(jié)果偏差都在1 ppm以下，可見儀器的測量精確性和重復(fù)性都很優(yōu)異。

圖4.Eltra的Elementrac ONH-p系列符合多個ASTM和ISO的標準

氧、氮、氫測定的ASTM標準 ：

氧、氮、氫測定的ISO標準：

表2. ELEMENTRAC ONH-p符合的標準

粒度分布

金屬3D打印常用的粉末粒度范圍是15-53um（細粉），53-105um（粗粉），部分場合下可放寬至105-150um（粗粉），目前市場上主流SLM成型設(shè)備要求的鋪粉層厚是20-50um。

德國萊馳科技（Retsch Technology）是全球第一家采用ISO13322-2動態(tài)圖像法原理設(shè)計的粒度及粒形分析儀，測量對象0.6um-8mm或10um-30mm的可流動顆粒、粉體、膠體、懸濁液、磁性材料等。萊馳科技生產(chǎn)的CAMSIZER X2粒度粒形儀，具有專利的雙鏡頭技術(shù)，既保證了測量范圍，又兼顧了測量精確度。CAMSIZER X2可以每秒獲取300張圖像，每張圖像上捕捉到幾百個典型顆粒，強大的軟件系統(tǒng)會自動根據(jù)每個顆粒的圖片計算尺寸和形態(tài)。

相比傳統(tǒng)的激光粒度儀，Camsizer X2取樣量大，一次進樣可達幾十萬個顆粒，因此結(jié)果更具有代表性，并且對超標顆粒的檢測靈敏度最低可達到0.01%，測量結(jié)果還可以和篩分結(jié)果進行擬對，而測量速度比篩分法更快。

圖5. 德國Retsch Technology（萊馳科技）多功能粒徑及粒形分析儀CAMSIZER X2

球形度

SLM 成形專用金屬粉末是通過氣霧化法制備得到的，顆粒一般呈球狀，但也會出現(xiàn)形狀不規(guī)則的顆粒，顆粒球形度直接影響粉末的流動性和松裝密度。萊馳科技的Camsizer X2粒度粒形儀，除了可以測定粒度大小及粒度分布外，還能同時獲得球形度、對稱性、寬長比、凹凸度等形態(tài)信息。Camsizer X2基于粉末顆粒二維圖像分析, 采用如下公式表征球形度S（SPHT）：

其中S 為顆粒球形度， A 為顆粒的投影陰影面積， P 為顆粒的投影周長。球形度數(shù)值越接近1，樣品球形度越好。通常大于0.95可以認為是非常好的球體，0.9-0.95認為是比較好的球體，0.9以下認為是球形度一般。

此外，在噴霧造粒的過程中，有時會有小顆粒與大顆粒粘結(jié)在一起的情況，這種顆粒稱為衛(wèi)星顆粒。在圖6的掃描電鏡圖像中，可以清楚看到這種粘結(jié)顆粒的存在：

圖6.金屬粉末掃描電鏡圖像中觀察到的衛(wèi)星顆粒

衛(wèi)星顆粒也是影響粉末流動性的主要參數(shù)之一。對于衛(wèi)星顆粒，Camsizer可X2以用b/l（寬長比）來進行表征：

式中X_c min是顆粒的投影寬度，X_Fe max是顆粒的投影長度。下圖是幾種金屬粉末寬長比及球形度的測試結(jié)果舉例：

圖7.幾種金屬粉末的寬長比測試結(jié)果

由上圖可知，寬長比b/l數(shù)值越接近1代表衛(wèi)星顆粒含量越少。

結(jié)論

隨著增材制造的快速發(fā)展，相應(yīng)的在原材料質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)，其檢測技術(shù)也需要加快發(fā)展，為整個制造過程把好關(guān)。ELTRA的ELEMENTRAC ONH-p氧氮氫分析儀，能精確滿足3D打印金屬粉末的元素含量范圍。

 檢測3D打印用金屬粉末粒度粒形時，采用以動態(tài)圖像法為原理的Retsch Technology的Camsizer X2粒度粒形儀，可以實現(xiàn)一次進樣，同時得到粒度及粒形信息，大大提高質(zhì)量監(jiān)控效率。所以在3D打印金屬粉末領(lǐng)域，弗爾德科學(xué)儀器將成為您的得力助手。