3D打印金属粉体颗粒球形度检测技术研究 

作者：李爱红，汤鑫，王力强  2017年3月14日 

摘要：本文介绍了一种通过SEM图和IPP软件分析得出3D 打印金属粉体颗粒球形度的方法，给出了一个应用实例，并做了简明的原理分析。 

关键词：圆度、颗粒形状、SEM图、IPP软件 

3D打印技术对粉体的流动性要求很高，球形度的大小直接影响了颗粒的流动性和堆积性能。目前球形度的检测主要靠扫描电镜图，此方法的缺点是检测不能量化。因此量化颗粒的球形度检测方法很有必要。

1. 原理

1.1 定义

颗粒球形度定义为颗粒的周长等效直径与颗粒面积等效直径之比，此定义为二维描述。

                                                                     （1）

d1 式中 表示颗粒的周长等效直径，颗粒的周长为l，则 l = 2πd1

da 式中 表示颗粒的面积等效直径，颗粒的面积为A，则 A = πda^2

1.2 扫描电镜测试粉末颗粒形貌

扫描电镜测试原理为从电子枪阴极发出的直径20µm～30µm的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。通过此种方法可以获得放大倍数不等、不同位置粉末表面形貌特征。

1.3 IPP软件

IPP软件全称为Image-Pro Plus，广泛应用于医学、医疗、药学和生命科学等领域。其计数和测量功能强大，可快速分割SEM图像中明暗区域、获取测量结果，并基于测量结果自动分类和统计；提高了工作效率。利用该技术可实现SEM图中颗粒快速划分、剔除拍摄不完整颗粒，对完整颗粒的周长和面积进行当量直径计算，根据公式（1）快速得出颗粒球形度数值。

2. 测量方法与数据分析

2.1 测量方法

根据公式（1），只要测的颗粒群中完整颗粒的周长和对应颗粒的面积，就可计算其球形度，进一步，可计算整张SEM图中颗粒球形度。

图1给出了一组SEM图，分别为两个不同位置，同等放大倍数图片。从图中直观看图1-a球形度较图1-b差，但无法量化。

导入IPP软件，进行分割，分割后颗粒如图2：

根据软件计算功能，计算颗粒周长等效直径与颗粒面积等效直径比值。图3-a表明SEM图a球形度分散但更多球形颗粒，平均球形度系数较接近1；图3-b表明SEM图b球形度分散度较小，两图用量化指标对比图 a球形度高于图b。

3. 小结

本文在理论上引用了原有二维球形度概念，运用扫描电镜图片和IPP软件结合的方式，表征颗粒球形度，解决了颗粒球形度难以量化问题，具有推广价值。

参考文献：

1. Image-Pro+Plus+6.0+官方简体中文参考指南

2. Allen T， Particle Size Measurement(4^th)[M], New York: Chapman & Hall, 1990.127-179