工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)組成部分是原型和初始樣品的制造，無論產(chǎn)品是簡單的螺釘還是飛機(jī)的復(fù)雜部件。在生產(chǎn)環(huán)境中制造通常相當(dāng)小的單件通常是一個(gè)昂貴的過程?；谶@種成本效益計(jì)算，粉末冶金的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域在過去幾年發(fā)展起來：增材制造。

增材制造 (AM) 是“根據(jù) 3D 模型數(shù)據(jù)連接材料以制造物體的過程。”1 AM 使用不同的金屬粉末或金屬合金粉末一層又一層地創(chuàng)建物體。制造過程的規(guī)格取決于用戶的要求和可能性，以及要生產(chǎn)的物體的類型和尺寸。

近年來，業(yè)界建立了不同的方法，大多數(shù)AM方法都基于相同的程序。激光束局部熔化上部粉末層，從而固化并形成固體材料層。逐層重復(fù)此操作，直到創(chuàng)建對(duì)象。未使用粉末的質(zhì)量在返回制造過程之前通過粒度分析（篩分）確定，在某些情況下還通過元素分析確定。

一、質(zhì)量控制流程

增材制造正在成為一種日益成熟的生產(chǎn)技術(shù)。然而，由于它仍然是新的，所需的工藝步驟尚未統(tǒng)一定義。例如，沒有描述質(zhì)量控制過程的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。已確定的參數(shù)是用于增材制造的粉末的粒度分布。然而，粒度不應(yīng)是用于質(zhì)量控制的特征。

用于增材制造的金屬粉末包括不同類型的鋼和鈦。為了檢查這些原材料的質(zhì)量和純度，需要實(shí)施合適的流程。例如，應(yīng)密切監(jiān)控各種“外來”元素的含量，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

二、影響材料特性的元素

鋼：影響鋼性能的元素有很多，碳排在第壹位。根據(jù)這些合金元素（C、Si、Mn、P、S、Cr 等）的類型和濃度，將鋼分為不同的質(zhì)量等級(jí)和應(yīng)用領(lǐng)域。下面介紹重要的非金屬元素及其影響。 碳[C]：碳含量影響鋼的各種物理參數(shù)。這種鐵合金含有 0.0002% 到 2.06% 的碳。碳含量越高，熔點(diǎn)越低。此外，脆性和硬度隨著碳含量的增加而增加。

硫[S]：如果合金中含有硫，這會(huì)增加鋼的機(jī)械加工性，即材料適合通過鉆孔或銑削等方法進(jìn)行處理。硫含量越高，延展性越低。

氮[N]：氮含量可分為期望含量和不期望含量。有一些應(yīng)用允許高氮濃度。在這些情況下，必需考慮其化學(xué)形式。以元素形式存在的氮沿晶界分布，并以顯著的方式影響鋼的延展性。與其他元素結(jié)合的氮含量通常被認(rèn)為不重要。

氧[O]：氧是所謂的鋼寄生蟲，因?yàn)樗逛撟兇嗖⒁饡r(shí)效變脆。

氫[H]：鋼中的氫導(dǎo)致機(jī)械穩(wěn)定性降低。人們普遍擔(dān)心氫脆，因?yàn)樗赡軙?huì)造成相當(dāng)大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)損失。這意味著質(zhì)子會(huì)附著在金屬基體上，這可能會(huì)導(dǎo)致鋼出現(xiàn)裂紋。

鈦

氫[H]：對(duì)鈦的影響與對(duì)鋼的影響相同。氫可能會(huì)影響鈦合金中混合相的形成。

氮[N]：氮會(huì)增加鈦的脆性。

氧[O]：即使是較少量的氧也會(huì)對(duì)鈦的韌性或硬度產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。規(guī)格書顯示，即使氧含量的微小差異也可能決定鈦（1 級(jí)：0.18 % O）和低質(zhì)量鈦（3 級(jí)：0.35 %）之間的差異。氧氣顯著改變鈦的機(jī)械和物理性能。氧濃度為 0.1% 的鈦比濃度為 0.3% 的鈦穩(wěn)定約 3 倍。

硫[S]/碳[C]：這些元素對(duì)鈦的影響很小。

應(yīng)在增材制造過程之前和之后進(jìn)行所述元素濃度的測定，以確保原材料和產(chǎn)品都具有所需的質(zhì)量。

三、分析方法

有多種測量元素濃度和雜質(zhì)的方法，其中大多數(shù)需要對(duì)樣品進(jìn)行破壞。這樣做是為了確保分析樣品的所有相關(guān)成分都被釋放。

燃燒分析具有許多優(yōu)點(diǎn)。樣品可以以固體形式測量，這意味著無需預(yù)先處理即可直接測量。用于增材制造工藝的金屬粉末所需的平均粒徑介于 5 μm 和 150 μm 之間。這通過粒度分析確定，例如通過動(dòng)態(tài)圖像分析。如果粉末具有正確的粒度分布，則可以通過燃燒分析來分析元素濃度。

H/C/N/O/S 的測量不能在一次分析中進(jìn)行。氧、氮和氫在一個(gè)步驟中進(jìn)行分析，碳和硫在另一個(gè)步驟中進(jìn)行分析。這是由于應(yīng)用了不同的方法：

氧/氮/氫分析

將樣品放入石墨坩堝中并因高溫而熔化。因此，釋放出氧氣、氮?dú)夂蜌錃?。氧氣在熱坩堝表面轉(zhuǎn)化為 CO。惰性載氣從坩堝中除去氣體。

氧化銅催化劑將 CO 轉(zhuǎn)化為 CO2，可在紅外電池中檢測到。具有特定波長的紅外線用于激發(fā)二氧化碳分子。轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的能量損失用于確定樣品的準(zhǔn)確氧濃度。氮和氫含量在熱導(dǎo)池中測量。