定向能量沉積(DED)也稱為激光金屬沉積(LMD)，在沉積材料時使用激光熔化材料。這種過程中的融合工藝將DED與粘合劑噴射和粉末床融合區(qū)分開來，特別適用于維修工作。DED與電弧焊或熱噴涂相比，產生的熱應力更低，并且易于在材料之間切換，提高了多功能性。

■在DED中，激光束在粉末沉積時熔化粉末，將其與基材的薄表面層熔合。這種增材制造方法的材料使用率低，非常適合航空航天等應用（來源：Freeman Technology）

對DED進行優(yōu)化依賴于選擇能夠良好加工并生產出具有理想性能的組件和修復的粉末，其中許多粉末是專門為DED開發(fā)的。瑞典呂勒奧理工大學和吉凱恩航宇（GKN Aerospace）的研究人員經過研究發(fā)現(xiàn)，顆粒和粉末特性與DED性能和構建質量相關。他們比較了來自四個不同供應商的五種Inconel 718（含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金）粉末樣品——一種GKN經常使用的粉末（粉末C），以及其他四種（粉末A、B、D和E）。

■實驗中使用的粉末用于各種工藝，制造方法導致了不同的顆粒形態(tài)

實驗用的粉末已經在不同工藝加工中得到應用，不同的制造方法導致了不同的顆粒形態(tài)。制造方法有等離子霧化(PA)、氣體霧化(GA)、真空惰性氣體霧化(VIGA)和電極感應氣體霧化(EIGA)。

實驗過程

為了評估每種粉末的打印性能和沉積質量，研究人員將單珠和多珠沉積物打印到Inconel 718 板上。工藝參數(shù)針對粉末C進行了優(yōu)化，而其他4種粉末的參數(shù)則保持相同。對提供的粉末與沉積物重量測量確定了粉末效率，缺陷、幾何形狀和微觀結構決定了沉積質量。

■粉末A和粉末C產生的毛孔比其他粉末稍大，但它們產生的毛孔數(shù)量要少得多

雖然所有4種替代粉末供應都提供了比粉末C更高的效率，但粉末E的更高可變性使其遠不理想。在珠粒質量、孔數(shù)和孔徑方面，粉末A產生的結果與粉末C最接近。這里，研究人員比較了幾種物理特性，以確定哪些特性可以將粉末A、粉末C與其他粉末區(qū)分開來。

研究前，GKN的DED粉末規(guī)格參考了成分、制造方法、霍爾流動指數(shù)和粒度分布。然而在研究過程中，事實證明，顆粒尺寸和制造方法無法成功預測粉末A與粉末C的性能最接近，雖然霍爾流速表明兩者相似，但所有測試粉末都通過了GKN既定規(guī)格參數(shù)。

■與沉積物的數(shù)據(jù)一樣，粉末顆粒的密度和孔隙數(shù)據(jù)表明粉末A和粉末C之間的相似性。兩者的密度最接近，并且孔隙數(shù)量相似

原料粉末中的孔隙率似乎與沉積物中的孔隙率有更好的聯(lián)系，粉末A和C是比能量(specific energy)最接近的類似物（其量化了無側限流動行為）。在50次振動固結后，不同粉末在填充密度上的相似性將粉末A、粉末C與其對應物區(qū)分開來。

■粉末A和粉末C之間的動態(tài)流動特性最相似，并提供了高度的差異化

實驗結論

最終研究人員得出結論，粉末效率與基本流動性能量相關，沉積物孔隙頻率與顆?？紫额l率相關。雖然實驗的數(shù)據(jù)集有限，但他們認為一小部分高度相似的粉末代表了DED用戶在評估替代供應時面臨的實際挑戰(zhàn)。

■顆粒密度數(shù)據(jù)顯示，粉末A和粉末C是選擇中最密集的顆粒，固結輕敲后的體積密度(BD50Taps)表明兩者也具有最高的填充效率

因此，研究人員表示以下4個研究結果應該得到大多數(shù)金屬沉積打印用戶的重視。首先，動態(tài)測試提供了對粉末流動性行為的更深入了解，并提供了比霍爾流動指數(shù)更強大的樣本差異。其次，流動性直接影響粉末效率等性能指標。第三，零件質量尤其是珠孔隙率，高度依賴于粉末顆粒的密度和孔隙率。最后，顆粒形狀會影響粉末的適用性。

對于新金屬粉末特性，研究人員表示，任何對新金屬粉末的描述都應包括基本流動能的注釋，以及顆粒形態(tài)和顆粒密度。