用於增材層製造的金屬粉末粒徑與形狀表徵

金屬零件的增材層製造在我看來是一項令人驚嘆的工程成就。它利用高速運動的高精度電子束或雷射，選擇性地逐層熔化厚度僅數十微米的金屬。相較於減材製造等傳統技術，這項技術能以更少的材料製造出具有新功能的零件。不過，它也有其侷限，尤其是粉床熔融製程中會產生大量未使用材料的問題。

商業限制

高級合金粉末每公斤約 £200-300，價格相當昂貴，估計可佔總製造成本的 1/3^rd。因此，為了實現粉床熔融製程的商業潛力，粉末需要盡可能多次回收再利用。然而，持續重複使用粉末可能會影響製造品質，導致製成零件出現潛在缺陷並有提早失效的風險——這不僅是額外的不必要成本，若依最終用途而定，還可能構成重大的安全風險。

雖然目前沒有判定粉末是否適合再使用的標準方法，但可用來評估粉末品質的分析技術有很多，而這正是 Malvern Panalytical 可以協助的地方。

堆積與流動特性

在粉床熔融中，連續多層粉末會鋪展在製造平台上形成粉床，接著在特定位置將其熔化以形成 3D 結構的單一層。由此可知，粉床中的任何不均勻性都會導致最終零件的不均勻。就實務而言，粉末的堆積密度應足夠高，以供應被熔合層所需的金屬質量，並避免不必要的孔隙。此外，金屬粉末需要在製造平台上均勻且一致地鋪展數千次，以確保元件的一致性。這兩項特性——堆積密度與粉末流動性——都受粒徑與形狀控制，而這些可透過雷射繞射與自動影像分析進行量測。您可以在我們的 白皮書中進一步了解。

我們最新的應用說明 Characterizing the particle size and shape of metal powders for additive layer manufacturing, 討論了如何使用 Morphologi 4 自動影像分析系統來研究金屬粉末因回收再利用而產生的形貌差異，以及如何根據其形狀對樣品進行分類與比較，如下所示。

這顯示了粒子特徵在回收再利用過程中如何改變，以及如何利用自動影像分析來最佳化霧化製程。舉例來說，Wall Colmonoy 一直使用 Morphologi 4 來建立基準並改善其現有製程與產品。

觀看儀器實際運作：

結構完整性與元素組成

因此，透過控制粒子形貌，我們可以幫助確保正確質量的材料能從供料斗送達製造平台，並形成低孔隙率的緻密粉床。但我們也需要確保所使用的金屬或合金具有正確的 元素組成，且成形元件具備適當的微結構，並幾乎沒有殘留應力。Malvern Panalytical 的 X 射線螢光（XRF）與 X 射線繞射解決方案（XRD）常用於此目的，您也可以從我們的網路研討會進一步了解如何使用 X 光來觀察粉末金屬材料與製程內部。

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