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增材制造（AM）中的密度參數：測量與相關性

來源：美國麥克儀器公司

對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。

在測定增材制造(AM)所需的密度參數時，無論樣品是成品部件還是粉末，很容易測得其質量。但測量其體積就沒有那么容易。事實上，體積也可以通過不同方法測得，但會產生不同的密度值，了解如何測量替代密度參數對AM是很有價值的，能夠優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，通過將已知質量的樣品倒入量筒中，可以測定堆積密度-即粉體質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AM粉床形成和粉體流動性的深入了解，這是原材料和再生材料的關鍵特性。測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程度。振實或施加壓力會促使樣品更緊密地固結，進而堆積密度增加。這種作用導致了堆積密度測量具有可變性，因此可根據實際應用采用適當條件。例如，可以在低固結壓力下測量堆積密度，以產生用于堆積或料斗計量的代表值。

2、真密度（密度）

當評估粉體在燒結過程中的表現時，隨著顆粒熔化并形成成品部件，堆積密度就不太相關，而真密度（也稱密度）包含了更多信息。這是基于實際存在的材料量的密度參數，并且可通過氣體比重瓶技術簡單且可靠地測得。氣體比重瓶就測量樣品中置換的氣體體積（通常為氮氣或氦氣）。

如果置換氣體進入粉體樣品中的空隙，那么氣體比重瓶將測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）。其中進料的孔隙率是一個重要的關注，可使用汞孔隙度測定技術進行研究。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更有可能返回真實的密度值。

3、封裝密度

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