华盛顿大学：粉末床电子束熔融金属3D打印，钛粉可重复使用30次

2021年1月8日，南极熊获悉，在华盛顿大学的一个研究小组最近发表的一项研究中，利用X射线微型计算机断层扫描（CT），对Ti6Al4V的粉末床熔融-电子束熔化（PBF-EB）增材制造产生的孔隙率进行了一系列30次构建周期（包括约480小时的累积构建时间）的表征。研究表明，增材制造粉末可以重复使用多达30次，而孔隙率没有显著增加。

在追求金属增材制造（AM）工业化的过程中，粉末重复使用已经成为一个核心问题。此外，孔隙率对金属部件可靠性和金属的损伤容忍度是一个关键问题。 然而，粉末重复使用对金属孔隙率的贡献受到了非常有限的关注。

孔隙来源于气体雾化粉末的孔隙，以及由熔池不完全融合引起的孔隙。虽然随着粉末的重复使用，孔隙大小分布略有减少，但总体平均体积孔隙率为0.10±0.02%，且随着重复使用的增加，孔隙率没有明显变化。

△分别为(a)b1、(b)b10、(c)b20和(d)b30的金属圆柱体试样内的孔隙密度图

此外，研究还发现孔径与球形度之间存在反比关系，大孔径构成更大的有效应力集中。而最大的孔隙密度位于等高线与熔体梁之间的过渡处，约0.5-1.0mm的表面附近的零件，最大的孔隙位于内部孵化区域。

因此，尽管颗粒逐渐变形，氧化程度增加，但在Ti6Al4V的PBF-EB 增材制造中，随着粉末的重复使用，金属孔隙率没有明显的变化。虽然根据具体的应用，对粉末质量和孔隙率的具体要求有很大的不同，医疗和航空航天应用往往执行非常严格的规定，但事实上，关于粉末重复使用后的质量的文献仍然不是那么多，而且总体上认为不能重熔和重复使用多次，有时显得很教条，而不是基于已证实的事实。

随着增材制造行业向规模化生产过渡，重复使用增材制造粉末，特别是PBF工艺所需的高球形粉末，将是降低整体零件成本的关键因素。



论文: Powder reuse and its contribution to porosity in additive manufacturing of Ti6Al4V