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增材制造（AM）中的密度參數(shù)：測(cè)量與相關(guān)性

來源：美國麥克儀器公司

對(duì)于增材制造中使用的粉體材料，“密度”有多重含義

，不同定義的密度在不同的方法中有用。

在測(cè)定增材制造(AM)所需的密度參數(shù)時(shí)，無論樣品是成品部件還是粉末，很容易測(cè)得其質(zhì)量。但測(cè)量其體積就沒有那么容易。事實(shí)上，體積也可以通過不同方法測(cè)得，但會(huì)產(chǎn)生不同的密度值，了解如何測(cè)量替代密度參數(shù)對(duì)AM是很有價(jià)值的，能夠優(yōu)化原材料選擇和成品的工藝性能。

1、堆積密度

首先使用粉體喂料斗，通過將已知質(zhì)量的樣品倒入量筒中，可以測(cè)定堆積密度-即粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積。堆積密度是比較粉末特性的有效方法，可提供對(duì)AM粉床形成和粉體流動(dòng)性的深入了解，這是原材料和再生材料的關(guān)鍵特性。測(cè)得體積包括粉體顆粒之間的空隙，因此堆積密度很大程度上取決于顆粒填充，而顆粒填充又受到顆粒尺寸和形狀的影響。

然而，包含空隙意味著堆積密度值取決于樣品的通氣或固結(jié)程度。振實(shí)或施加壓力會(huì)促使樣品更緊密地固結(jié)，進(jìn)而堆積密度增加。這種作用導(dǎo)致了堆積密度測(cè)量具有可變性，因此可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用適當(dāng)條件。例如，可以在低固結(jié)壓力下測(cè)量堆積密度，以產(chǎn)生用于堆積或料斗計(jì)量的代表值。

2、真密度（密度）

當(dāng)評(píng)估粉體在燒結(jié)過程中的表現(xiàn)時(shí)，隨著顆粒熔化并形成成品部件，堆積密度就不太相關(guān)，而真密度（也稱密度）包含了更多信息。這是基于實(shí)際存在的材料量的密度參數(shù)，并且可通過氣體比重瓶技術(shù)簡單且可靠地測(cè)得。氣體比重瓶就測(cè)量樣品中置換的氣體體積（通常為氮?dú)饣蚝猓?/span>

如果置換氣體進(jìn)入粉體樣品中的空隙，那么氣體比重瓶將測(cè)量比樣品具有微不足道的孔隙率或閉孔的更大的體積。得到的較低密度稱為骨架密度（或表觀密度）。其中進(jìn)料的孔隙率是一個(gè)重要的關(guān)注，可使用汞孔隙度測(cè)定技術(shù)進(jìn)行研究。許多種的AM填料，包括小于45微米孔徑的大部分金屬粉末，其具有低孔隙率，這意味著氣體比重計(jì)更有可能返回真實(shí)的密度值。

3、封裝密度

成品部件通常與封裝密度相關(guān)。封裝密度，顧名思義，是基于樣本周圍的封裝定義的體積。它也使用比重瓶測(cè)定法測(cè)量，但使用干燥、自由流動(dòng)的粉體作為置換介質(zhì)。這種粉體由小的剛性球體組成，其圍繞部件流動(dòng)但無法穿透通常高度不規(guī)則的、錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此，封裝密度與真密度的比率表明了部件的孔隙度，孔隙度測(cè)量通常在定義性能時(shí)是重要的。