增材制造也稱3D打印，是一種潛在革命性的制造技術。通常涉及按嚴格的技術規范“打印”復雜組件，具體方法是逐層堆積粉體，然后選擇性地熔結。控制粉體性能對于過程效率和成品質量至關重要。當形成粉層時，粉體流動和裝填方式決定了該性能的各個方面。原料的多變性會導致松裝密度不一致、粉層不均勻、抗張強度低以及表面光潔度差。
AM對工業的影響程度取決于高速精密機械的發展，以及是否能辨別和穩定供應滿足此類機械嚴格要求的粉體。現在，關注重點日益轉向粉體本身，以及如何以智能、可靠的方式優化它們。粉體特性表征在支持這一進程方面起到關鍵作用，而確實能夠測量與AM性能直接相關的屬性的技術也非常重要。辨別哪些粉體屬性能促成均勻、可重復的粉體性能，這有助于優化新處方，避免因評估樣品在過程中的適用性而花費大量金錢和時間，幫助減少成品的不合格率。
現有技術 (例如，休止角測試、漏斗流速和松裝密度測量) 的作用顯而易見。但這些方法并未融入現代技術的優勢，有時敏感度較差，無法表征過程性能間微小差異。
FT4粉體流變儀™是一種通用型粉體測試儀，可自動、可靠且全面地測量粉體材料特性。這些信息能夠與加工經驗相聯系，以提高加工效率，幫助實現質量控制。FT4于測量動態流動特性，同時集成了剪切盒，能夠測量密度、可壓性和透氣性等整體屬性。
量化原料批次間差異
AM機器在運作誤差極小，意味著原料批次間差異可能導致產品性質和質量的顯著差異。在原料進入加工過程之前篩選每個批次，可確保避免性能的差異。但是，傳統的粉體特性表征手段往往無法識別導致性能差異的細微屬性差異。
同一供應商提供的三批不銹鋼粉體在AM過程中的性能具有顯著差異：金屬粉體A和金屬粉體B都呈現可接受的特性，而金屬粉體C經常引起堵塞和沉積不均，繼而產生不合格的成品。三種樣品的粒徑分布幾乎相同，在休止角和霍爾流動性測試中表現出相似的特性。
在整體測試中，透氣性測試的結果更有區分度。與其它樣品相比，金屬粉體C粉床產生的壓降明顯較高，說明金屬粉體C的透氣性比粉體A和B低得多。
在任何需要移動粉體的操作中 (特別是當驅動力是重力時)，透氣性起到非常重要的作用。氣體必定占據顆粒間空隙，這些氣體越容易通過粉體，粉體就越易于傾倒，也越容易釋放傾倒過程中包覆的空氣。在沉積過程中低透氣性會導致粉體中夾帶的空氣量增加，而在AM應用中試圖充填或沉積密度相同的粉體時，這通常會導致粉層的不均勻，成品出現缺陷，甚至可能需要報廢。
新、舊原料間過程相關的差異
粉床和激光沉積技術都需要使用足夠量的粉體，但并非所有粉體都能制成成品組件。粉體的重復使用可大大降低原材料的成本，減少廢棄物的總量。但重復使用需要仔細評估粉體在通過AM機后特性的變化程度，以及是否可以進一步加工而不影響成品組件的質量。
使用FT4動態方法對一系列不同新、舊原料比的粉料進行評估，確定舊粉與新粉相比，其關鍵特性是否有所改變，如果改變，應采取何種措施將粉體恢復到可重復使用的狀態。
新、舊粉體的結果對比顯示，加工過程使得粉體的流動能量顯著增大。這表明舊粉無法像新粉一樣自由流動，因此不太可能在加工中呈現良好性能。
AM機中出來的粉體可能包含來自熔池的大顆粒飛濺物，其化學性質也可能發生變化，例如表面粘附污染物。因此，通過實驗確定篩分舊粉是否能將其恢復到流動能量可接受的狀態。而篩分可以提高粉體流動性，但無法將其恢復到新粉測得的原始流動能量值。
通過完成更多的實驗，觀察是否可以將舊粉和新粉混合在一起，形成可接受的給料供后續加工。75% 的新粉與25%的舊粉混合后，其流動性與新粉接近，并具有相對較好的性能。在所有混合樣品中，50:50混合物的BFE高，表明流動性不隨新粉含量線性變化。
這些結果突顯了動態測試檢測粉體細微差異的能力，而這些差異與粉體在AM機中的性能直接相關。因此，動態測試有助于AM中的金屬粉體成功優化和生命周期管理，這是其它粉體流動測試儀器所無法企及的。
不同供應商和制造方法的影響
增材制造的粉體原料可使用不同方法制造，每種方法都可生成中值粒徑和粒徑分布相似的粉體，每家制造商有自己的等級劃分和驗收標準。然而，制造方法也會影響粉體的其它特性，導致在整個過程中表現出不同性能，而制造商自己的驗收測試不足以辨別這種情況。
使用FT4評估三種中值粒徑和粒徑分布相似的粉體原料(其中兩種由不同供應商使用相同方法制造，兩種由相同供應商使用不同制造方法制造)，嘗試確定不同的供應商或制造方法是否會影響過程中的粉體性能。剪切盒測試 (上圖) 區分了制造方法變化引起的差異，即方法1比方法2產生的剪切應力要低，說明可能存在客戶控制范圍之外的變量產生影響，突顯了定期、密切相關的原材料評估的必要性。但是，僅憑剪切測試，兩家不同制造商使用相同方法生產的樣品被歸為同類產品。
動態測試 (下圖) 不僅能突顯更改制造方法引起的變動，還能辨別兩家不同供應商樣品的差異。與供應商1的樣品相比，供應商2的樣品的BFE和SE更高，這表明動態應用 (例如，充填和分層) 中粘性更強。特性變化表明更換供應商可能對工藝性能有重大影響，在作出更換決定時，除了財務或物流的效益之外，還要考慮這方面的影響。
這些結果表明，使用多變量方法進行相關和全面粉體特性表征的必要性，尤其是注重精密、準確層沉積的AM過程，因為只有使用特性合適且一致的粉體才能保證這一點。
添加劑對原料特性的影響
通常使用不同的添加劑處理原料，以具備有效的特性，例如，著色、助流或實現成品的特定功能。然而使用不同的添加劑會對原料特性及應用的終性能造成不同影響。量化不同添加劑對處方特性的影響有助于優化處方和過程，適應添加劑的特性，使得性能維持在可接受的水平。
SLS操作中使用三種聚甲醛 (POM) 樣品，其中兩種包含不同添加劑 (一種顏料和一種流動助劑)。據觀察，三種處方從儲料斗到燒結機中具有不同的流動特性，導致成品的屬性和質量變化。雖然已采用一系列傳統的表征手段，但它們不能區分樣品間的差異。
與另兩種樣品相比，含流動助劑的樣品所產生的基本流動能(BFE) 較高，需要更多能量才能推動FT4槳葉在粉床中上下行徑。在這種情況下，高BFE通常與更自組的粉體其均勻的內部結構相關，與自組性能不佳的粉體相比，可借助槳葉運動移動更多的顆粒。
在低固結應力的條件下，含流動助劑的樣品在粉床內的壓降大，說明流動性較好的材料其透氣性較低，并具有更致密的內部排列狀態。但是，隨著固結應力增大，雖然所有三種樣品的壓降都增大了，但純聚甲醛和含顏料的樣品相對于含流動助劑的樣品變化更大。
對固結應力變化的敏感度低是內部排列有效的粉體的另一個標志，原因是受到擠壓時，可供顆粒逃逸的氣孔更少了。含顏料的樣品的透氣性變化程度大，這與其粉體中包覆空氣量多的情況相符，因此可作為該流動模式下粘性較強的一個標志。
結論
粉體流動性不是材料的固有屬性，而是粉體在特定設備中以其所需要的方式流動的能力。成功的加工需要粉體與過程的匹配，相同的粉體在一個AM過程的單元操作中表現良好，而在另一個過程中卻不佳的情況并不罕見。也就是說，需要多種特性表征方法，得出的結果能夠與過程評估相聯系，確定哪些參數對性能的影響大，從而構建對應于可接受的過程行為的設計空間。
這些研究突顯了FT4多變量方法檢測粉體細微差異的能力，而這些變化與粉體在AM機器中的性能直接關聯。因此，FT4有助于對AM中的金屬粉體成功優化和生命周期管理，這是其它測量技術所無法企及的。還有一點，即使是較為現代化的技術 (如粒徑分析和剪切盒測試)，也無法保證能辨別此類過程相關的差異，因此強調使用多種技術來*描述粉體在給定過程中的特性是非常有必要的。
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