莱昂大学:17-4PH循环打印20次，不影响SLM样品性能！-优快云博客

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金属增材制造 (AM) 技术在制造复杂零部件方面具有显著的优势，近些年发展非常迅猛。如果这项技术要成为行业中的普遍制造手段，制造零件的质量是一个需要解决的主要问题。在选区激光熔化 (SLM)中，有一部分初始粉末未熔化，因此需要对粉末进行多次回收利用，确保SLM技术发展的经济和环境可行性。近期西班牙莱昂大学的科研人员评估了由不同循环次数粉末打印的17-4PH不锈钢零件性能，相关研究成果发表于材料科学Top期刊《Journal of Materials Research and Technology》。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.12.089

粉末床熔融(PBF)工艺是使用金属粉末为原材料，通过增材制造技术(AM)逐层生产制备零件。对于金属零件的制造，该技术包括直接金属激光沉积(DMLS)、选区激光烧结(SLS)、选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)工艺。在这些工艺中，沉积在基建板上的金属粉末层被烧结或熔化，在完成样品打印制造过程后，剩余的粉末（未熔化的粉末）被吸出并筛分加以重复使用，以确保该过程的经济和环境可行性。重复使用金属粉末是改善增材制造经济性的可行策略。循环使用粉末可以直接节省增材制造成本，使增材制造技术更具竞争力，并且能够更广泛的在不同领域使用这项技术。目前的研究已经表明，随着粉末回收次数的增加，打印零件的可重复性已经得到改善。

PBF制造中金属粉末的再利用过程是确保最终零件质量的重要因素。目前已经探究了在惰性氩气氛和高激光功率（约200W）加工条件下循环使用17-4PH不锈钢粉末制造的SLM零件。然而对于在惰性氮气氛中使用低激光功率使用17-4PH粉末对SLM加工的零件质量的影响尚未被探究过。因此研究主要探究了回收17-4PH不锈钢粉末对制造零件质量的影响，重点探究了使用原始状态(P0)和重复使用20次(P20)的17-4PH不锈钢粉末，SLM制备样品的质量。

研究结果表明，对于原始粉末制备的零件，孔径在0.5和6535μm2之间，平均值为82μm2，而P20零件的孔径在0.5和4542μm2之间变化，平均值为50μm2。随着孔径的减小，孔的数量和圆度都增加。总孔隙率在原材料重复使用20次后减少了0.16%，致密度从98.82%(P0)变为98.98%(P20)。P0样品中粗糙度Ra和Rt的平均值分别为12μm和92.57μm，P20样品中分别为9.75μm和80.81μm。两种粉末条件（P0和P20）的微观结构分析没有显着差异。随着金属粉末的重复利用，观察到γ相略有增加。金属粉末重复使用对拉伸性能和硬度都有轻微影响。UTS随着粉末的再利用而增加，P0达到984MPa，P20部分达到1038MPa。另一方面，随着粉末再利用，YS从859MPa降低到770MPa，面积收缩率略微增加。这些结果表明，SLM 零件的延展性随着粉末的再利用而增加，因此硬度降低，P0样品达到336HV，P20样品达到320HV。

粉末SEM图像：（a）P0及（b） P20.

P0和 P20状态下粉末粒度分布

XRD结果为P0和P20粉末

使用SLM制备17-4 PH不锈钢样品

孔圆度与孔径的关系

孔数与孔径的关系

粗糙度结果

硬度结果

拉伸试验P0和P20样品

拉伸断口：（a） P0；（b） P20样品

总之，在SLM增材制造工艺中，建议重复使用17-4PH不锈钢粉末，以确保工艺的经济和环境可行性。重复使用的粉末（即使使用 20 次后）以及重复使用的粉末和原始粉末的混合物都可以使用，而不会显着影响打印零件的特性。在未来的工作中，作者团队将会继续评估SLM工艺参数和SLM后处理（机械和热处理）对打印零件性能的影响，以优化整个制造过程。

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