增材制造（AM）中的密度参数：测量与相关性

来源：美国麦克仪器公司

对于增材制造中使用的粉体材料，“密度”有多重含义

，不同定义的密度在不同的方法中有用。

在测定增材制造(AM)所需的密度参数时，无论样品是成品部件还是粉末，很容易测得其质量。但测量其体积就没有那么容易。事实上，体积也可以通过不同方法测得，但会产生不同的密度值，了解如何测量替代密度参数对AM是很有价值的，能够优化原材料选择和成品的工艺性能。

1、堆积密度

首先使用粉体喂料斗，通过将已知质量的样品倒入量筒中，可以测定堆积密度-即粉体质量除以该粉体所占容器的体积。堆积密度是比较粉末特性的有效方法，可提供对AM粉床形成和粉体流动性的深入了解，这是原材料和再生材料的关键特性。测得体积包括粉体颗粒之间的空隙，因此堆积密度很大程度上取决于颗粒填充，而颗粒填充又受到颗粒尺寸和形状的影响。

然而，包含空隙意味着堆积密度值取决于样品的通气或固结程度。振实或施加压力会促使样品更紧密地固结，进而堆积密度增加。这种作用导致了堆积密度测量具有可变性，因此可根据实际应用采用适当条件。例如，可以在低固结压力下测量堆积密度，以产生用于堆积或料斗计量的代表值。

2、真密度（绝对密度）

当评估粉体在烧结过程中的表现时，随着颗粒熔化并形成成品部件，堆积密度就不太相关，而真密度（也称绝对密度）包含了更多信息。这是基于实际存在的材料量的密度参数，并且可通过气体比重瓶技术简单且可靠地测得。气体比重瓶就精确测量样品中置换的气体体积（通常为氮气或氦气）。

如果置换气体进入粉体样品中的空隙，那么气体比重瓶将测量比样品具有微不足道的孔隙率或闭孔的更大的体积。得到的较低密度称为骨架密度（或表观密度）。其中进料的孔隙率是一个重要的关注，可使用汞孔隙度测定技术进行研究。许多种的AM填料，包括小于45微米孔径的大部分金属粉末，其具有低孔隙率，这意味着气体比重计更有可能返回真实的密度值。

3、封装密度

成品部件通常与封装密度相关。封装密度，顾名思义，是基于指定样本周围的封装定义的体积。它也使用比重瓶测定法测量，但使用干燥、自由流动的粉体作为置换介质。这种粉体由小的刚性球体组成，其围绕部件流动但无法穿透通常高度不规则的、错综复杂的结构。因此，封装密度与真密度的比率表明了部件的孔隙度，孔隙度测量通常在定义性能时是最重要的。