用於增材製造的金屬粉末表徵

增材製造（AM），也常被稱為 3D 列印，是一種從零開始建立三維結構或元件的製程，通常以逐層堆疊的方式進行。根據 ASTM 增材製造技術委員會 F42 的定義，增材製造製程主要分為七大類。其中成長最快的 AM 製程之一是 粉床熔融，其作法是在成形平台上鋪設一層粉末，然後使用雷射或電子束選擇性地將粉末熔化或燒結。熔化後，平台再下降，並重複此過程逐層進行，直到製作完成。未熔融的粉末會從成形腔中移除，並通常會依其狀況回收再利用。金屬粉末是最常使用的材料，雖然陶瓷粉末與聚合物粉末也被廣泛使用。

粉床增材製造製程的效率與成品元件的品質，在很大程度上取決於粉末的流動行為與堆積密度。粒徑會直接影響這些特性，因此是此製程所用粉末的一項關鍵規格；對於選擇性雷射熔融（SLM），最佳粒徑為 15-45 μm，而對於電子束熔融（EBM），則為 45-106 μm。粒子形狀與粒子形狀分布也已知會影響粉末的流動與堆積，因此同樣是粉末品質的另一項關鍵指標。

雷射繞射是一項已建立的技術，可用於測定金屬粉末的粒徑分布（ASTM B822），其原理是量測雷射光束穿過金屬粉末分散體時，散射光角度變化的情形。這是一種快速、高通量且高解析度的技術，可量化金屬粉末中的所有粒徑區間，包括細粉含量，如下圖所示。

雷射繞射假設所有粒子皆為球形，因此雖然能提供高解析度的粒徑資料（基於等效球形尺寸），卻無法提供任何關於形狀的資訊。與雷射繞射互補的技術是自動影像分析，透過擷取並分析單顆粒子的影像，以判定其粒徑、粒子形狀及其他物理性質。每次量測可量測數萬至數十萬顆金屬粒子，從而建立具統計代表性的分布。再利用進階影像分析演算法，即可依粒子的表面粗糙度、不規則性以及是否存在衛星粒子進行分類，如下圖所示。

Malvern Panalytical 的 Mastersizer 3000（雷射繞射）與 Morphologi 4（自動影像分析）是同級領先的技術，且正日益廣泛應用於此領域，以：

• 確保粉末供應一致，並避免最終產品品質出現變異
• 為具有不同鋪粉器或耙刀設計的設備辨識合適的粉末
• 最佳化霧化條件，以達到所需的粉末特性
• 預測並最佳化粉末的堆積密度與流動特性
• 追蹤加工與回收過程中粉末性質的變化