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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(jì)，集各方意見與調(diào)研，IPB決定開展各地巡演活動(dòng)，并將北京作為巡演首站，此次巡演活動(dòng)主題聚焦時(shí)下熱門的“3D打印”。

2018年4月20日下午，2018 IPB上海國(guó)際粉體加工/散料輸送展覽會(huì)北京巡展在北京港澳中心瑞士酒店召開。來(lái)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(huì)議現(xiàn)場(chǎng)

會(huì)議由中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)和紐倫堡會(huì)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(jì)，集各方意見與調(diào)研，IPB決定開展各地巡演活動(dòng)，并將北京作為巡演首站。此次巡演活動(dòng)主題聚焦時(shí)下熱門的“3D打印”，并圍繞3D打印技術(shù)、對(duì)粉體品質(zhì)要求等話題進(jìn)行專家報(bào)告及行業(yè)交流。

圖2.中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)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(jì)領(lǐng)域廣泛，其發(fā)展對(duì)推動(dòng)多領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)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(lái)，已成為中國(guó)粉體加工及散料輸送領(lǐng)域 “一站式”展覽會(huì)。接著，祝愿巡展首站北京站能夠旗開得勝，并對(duì)與會(huì)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(bào)告

報(bào)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(duì)于工業(yè)級(jí)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(xì)小、球形度高、流動(dòng)性好和松裝密度高等要求。目前，國(guó)內(nèi)尚未制定出金屬3D打印用材料標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范、零件性能標(biāo)準(zhǔn)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)標(biāo)，業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)金屬粉末時(shí)，通常將化學(xué)成分、粒度分布作為常用指標(biāo)，球形度、流動(dòng)性、松裝密度可作為參考指標(biāo)。將主要從化學(xué)元素分析、粒度分布及球形度這幾個(gè)方面來(lái)闡述弗爾德儀器在3D打印金屬粉末性能評(píng)價(jià)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(guó)Retsch(萊馳)、德國(guó)Retsch Technology(萊馳科技)、Carbolite·Gero(卡博萊特·蓋羅)、德國(guó)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(dòng)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(duì)于金屬原材料及最終的粉末成品，為了檢測(cè)樣品的純度等品質(zhì)，都需要進(jìn)行成分及含量檢測(cè)。3D打印用金屬粉末對(duì)純凈度要求很高，除測(cè)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(guó)，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(shí)的測(cè)試結(jié)果：

表1 Eltra標(biāo)樣91100-1001#714A的測(cè)量結(jié)果

標(biāo)樣91100-1001#714A的標(biāo)準(zhǔn)含量為O 6 ppm，N 19 ppm，從上面結(jié)果可以看出，即使是對(duì)超低含量的樣品，使用Elementrac ONH-p的多次測(cè)樣結(jié)果偏差都在1 ppm以下，可見儀器的測(cè)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(gè)ASTM和ISO的標(biāo)準(zhǔn)

氧、氮、氫測(cè)定的ASTM標(biāo)準(zhǔn) ：

氧、氮、氫測(cè)定的ISO標(biāo)準(zhǔn)：

表2. ELEMENTRAC ONH-p符合的標(biāo)準(zhǔn)

粒度分布

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

德國(guó)萊馳科技（Retsch Technology）是全球第一家采用ISO13322-2動(dòng)態(tài)圖像法原理設(shè)計(jì)的粒度及粒形分析儀，測(cè)量對(duì)象0.6um-8mm或10um-30mm的可流動(dòng)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(cè)量范圍，又兼顧了測(cè)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(gè)典型顆粒，強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)每個(gè)顆粒的圖片計(jì)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(jìn)樣可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)顆粒，因此結(jié)果更具有代表性，并且對(duì)超標(biāo)顆粒的檢測(cè)靈敏度最低可達(dá)到0.01%，測(cè)量結(jié)果還可以和篩分結(jié)果進(jìn)行擬對(duì)，而測(cè)量速度比篩分法更快。

圖5. 德國(guó)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(huì)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(dòng)性和松裝密度。萊馳科技的Camsizer X2粒度粒形儀，除了可以測(cè)定粒度大小及粒度分布外，還能同時(shí)獲得球形度、對(duì)稱性、寬長(zhǎng)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(zhǎng)。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(rèn)為是非常好的球體，0.9-0.95認(rèn)為是比較好的球體，0.9以下認(rèn)為是球形度一般。

此外，在噴霧造粒的過程中，有時(shí)會(huì)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(dòng)性的主要參數(shù)之一。對(duì)于衛(wèi)星顆粒，Camsizer可X2以用b/l（寬長(zhǎng)比）來(lái)進(jìn)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(zhǎng)度。下圖是幾種金屬粉末寬長(zhǎng)比及球形度的測(cè)試結(jié)果舉例：

圖7.幾種金屬粉末的寬長(zhǎng)比測(cè)試結(jié)果

由上圖可知，寬長(zhǎng)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(cè)技術(shù)也需要加快發(fā)展，為整個(gè)制造過程把好關(guān)。ELTRA的ELEMENTRAC ONH-p氧氮?dú)浞治鰞x，能精確滿足3D打印金屬粉末的元素含量范圍。

 檢測(cè)3D打印用金屬粉末粒度粒形時(shí)，采用以動(dòng)態(tài)圖像法為原理的Retsch Technology的Camsizer X2粒度粒形儀，可以實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)樣，同時(shí)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。