我们经常看到金属3D打印用于制造钢制零件，因此在材料性能方面进行了大量研究。来自VSB的研究人员-捷克共和国俄斯特拉发技术大学发表了一篇论文，“ 用于SLM 3D打印的316L金属粉末的研究 ”，有关研究雷尼绍用于选择性激光熔化（SLM）技术的AISI 316L粉末。
“了解SLM工艺非常具有挑战性，这不仅是因为这里发生了大量的热，机械和化学现象，而且还涉及到冶金学。三种状态（固态，液态，气态）的存在使分析和制定模型公式的能力复杂化，以便在印刷时对零件的性能进行适当的仿真和预测。“由于SLM工艺以粉末为基础进行操作，与使用其他散装材料相比，该工艺由于另一个因素而更加复杂。废粉的特性在很大程度上决定了成品的质量。”
由于材料会影响SLM青岛 3D打印零件的最终性能，因此应提前进行粉末研究以获得最佳结果。粒径，形状，流动性，形态和粒径分布是形成均匀粉末层的关键因素，利用气体雾化产生球形颗粒有助于实现高堆积密度。小颗粒也可以改善这一点。
研究人员调查了SLM工艺中存在的金属粉末的三个阶段-原始粉末（由制造商提供），经过筛分30次的测试粉末以及“已沉降在筛子中且不再进行处理和处置的”废粉。 。” 他们使用了一种非磁性的奥氏体不锈钢，该合金与镍和铬等元素形成合金，并且碳含量低。
扫描电子显微镜（SEM）用于研究粉末的形貌，“在流动性和堆积密度方面影响激光对金属粉末的应用”。首先，测量并评估粉末颗粒的形状，然后完成视觉质量评估，以查看球形质量和卫星（形状不规则）含量。研究小组发现许多粒子都有卫星，但是超大粉末的数量却增加了。
图1.原始粉末316L的SEM图像，放大倍数x180
研究人员写道：“对原始粉末的测量（图1）表明，通过气体雾化生产的粉末并不完美，某些颗粒的形状也不是球形。” “还可能观察到卫星（将小颗粒粘合到较大的卫星上，图2），这又是生产方法的缺陷。”
图2.卫星图，放大倍数x900
他们发现颗粒形状“并非总是等距的”，圆柱形，细长和不规则形状出现在超大粉末中的球形颗粒旁边。
“另一个有趣的现象出现在筛分的粉末中，观察到的颗粒比原始颗粒具有更光滑，更球形的表面。这很可能是由于AM的熔化和固化过程所致。”
图3.形态缺陷– a）粒子融合；b）气体杂质；c）结块–烧结颗粒；
d）树突状颗粒结构；e）球形颗粒；f）带卫星的粒子
使用光学方法测量粉末孔隙率。将316L粉末嵌入树脂中，并在将颗粒切成两半并用金刚石膏抛光之前对其进行“ 1 mm层磨损”后固化。通过显微镜捕获的图像被加载到分析软件中，分析软件确定粉末的总密度为99.785％。
研究小组解释说：“一般来说，毛孔必须从其圆周的3/4处封闭，才被视为毛孔。” “不符合此规则的颗粒将自动被视为不规则颗粒。”
图4.符合规则（L）的开孔和不符合（R）的孔的示例
研究人员还测量了所有单个孔的大小，并记录了始于5 µm的孔，尽管他们指出，由于潜在的图像分辨率问题，“应采用大约5-8μm的孔径，并具有一定的不确定性。”
图5. 316L金属粉的孔径测量
直方图显示，在金属粉末颗粒中，“最大孔径为15 µm”，最大为30 µm。
表3.粉末颗粒孔隙率的测量值
最后，他们使用光学方法来测量和检查原始粉末和筛分粉末的粒度分布。使用200倍放大率，在五个随机位置进行测量，每个位置都有大约200个粒子，并对其进行了静态分析。结果用统计软件处理，该软件创建了累积曲线以指示有多少个粒子小于或大于某个特定大小。
他们写道：“其中获得了分位数d10，d50和d90，这些分位数表示了极限值，在该极限值范围内，粒径降至所测量颗粒的10％，50％，90％。”
通过重复筛分金属粉末，平均粒径只会略微增加，但是由于不规则颗粒，大于45μm的团聚或熔融颗粒，它们会掉入筛孔。结果表明，筛粉中的<10 µm颗粒减少，而较大的颗粒增加。但是，研究小组指出，这种粉末仍然可以使用。
研究小组解释说：“筛分粉末的颗粒体积和表面积增加，而圆形度下降，表明原始粉末通常具有较高的球形度。”
他们在所有三个阶段都发现了诸如团聚，气体杂质和颗粒熔合的缺陷，但是由于粉末仍然可以使用，他们得出结论，SLM既是经济技术，又是生态技术。研究人员列出了为“达到最佳固结效果”而采取的几种措施，例如高纯度，表面细腻，内部孔隙率低，颗粒分布紧密以及表面孔和人造卫星尽可能少。