金屬3D 打印粉體顆粒：球形度檢測技術研究

金屬3D打印現在如火如荼，粉末材料的性能要求也越來越明確、細分。下面是一篇南極熊覺得比較有價值的金屬3D 打印粉體顆粒球形度檢測技術研究方案，以饗讀者。

3D打印技術對粉體的流動性要求很高，球形度的大小直接影響了顆粒的流動性和堆積性能。目前球形度的檢測主要靠掃描電鏡圖，此方法的缺點是檢測不能量化。因此量化顆粒的球形度檢測方法很有必要。

1.  原理
1.1  定義
顆粒球形度定義為顆粒的周長等效直徑與顆粒面積等效直徑之比，此定義為二維描述。

1.2  掃描電鏡測試粉末顆粒形貌
掃描電鏡測試原理為從電子槍陰極發(fā)出的直徑 20μm～30μm的電子束，受到陰陽極之間加速電壓的作用，射向鏡筒，經過聚光鏡及物鏡的會聚作用，縮小成直徑約幾毫微米的電子探針。在物鏡上部的掃描線圈的作用下，電子探針在樣品表面作光柵狀掃描并且激發(fā)出多種電子信號。這些電子信號被相應的檢測器檢測，經過放大、轉換，變成電壓信號，最后被送到顯像管的柵極上并且調制顯像管的亮度。顯像管中的電子束在熒光屏上也作光柵狀掃描，并且這種掃描運動與樣品表面的電子束的掃描運動嚴格同步，這樣即獲得襯度與所接收信號強度相對應的掃描電子像，這種圖象反映了樣品表面的形貌特征。通過此種方法可以獲得放大倍數不等、不同位置粉末表面形貌特征。

1.3 IPP軟件
IPP軟件全稱為 Image-Pro Plus，廣泛應用于醫(yī)學、醫(yī)療、藥學和生命科學等領域。其計數和測量功能強大，可快速分割SEM圖像中明暗區(qū)域、獲取測量結果，并基于測量結果自動分類和統(tǒng)計；提高了工作效率。利用該技術可實現SEM圖中顆�？焖賱澐�、剔除拍攝不完整顆粒，對完整顆粒的周長和面積進行當量直徑計算，根據公式快速得出顆粒球形度數值。

2.  測量方法與數據分析
2.1  測量方法
根據公式，只要測的顆粒群中完整顆粒的周長和對應顆粒的面積，就可計算其球形度，進一步，可計算整張 SEM圖中顆粒球形度。 圖1給出了一組 SEM圖，分別為兩個不同位置，同等放大倍數圖片。從圖中直觀看圖 1-a球形度較圖1-b差，但無法量化。

導入IPP軟件，進行分割，分割后顆粒如圖 2：

根據軟件計算功能，計算顆粒周長等效直徑與顆粒面積等效直徑比值。圖 3-a表明SEM圖a球形度分散但更多球形顆粒，平均球形度系數較接近1；圖3-b 表明SEM圖 b球形度分散度較小，兩圖用量化指標對比圖  a球形度高于圖 b。

本文在理論上引用了原有二維球形度概念，運用掃描電鏡圖片和 IPP軟件結合的方式，表征顆粒球形度，解決了顆粒球形度難以量化問題，具有推廣價值。

作者：李愛紅，湯鑫，王力強  （廣州納聯材料科技有限公司）