定向能量沉积(DED)也称为激光金属沉积(LMD)，在沉积材料时使用激光熔化材料。这种过程中的融合工艺将DED与粘合剂喷射和粉末床融合区分开来，特别适用于维修工作。DED与电弧焊或热喷涂相比，产生的热应力更低，并且易于在材料之间切换，提高了多功能性。

■在DED中，激光束在粉末沉积时熔化粉末，将其与基材的薄表面层熔合。这种增材制造方法的材料使用率低，非常适合航空航天等应用（来源：Freeman Technology）

对DED进行优化依赖于选择能够良好加工并生产出具有理想性能的组件和修复的粉末，其中许多粉末是专门为DED开发的。瑞典吕勒奥理工大学和吉凯恩航宇（GKN Aerospace）的研究人员经过研究发现，颗粒和粉末特性与DED性能和构建质量相关。他们比较了来自四个不同供应商的五种Inconel 718（含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金）粉末样品——一种GKN经常使用的粉末（粉末C），以及其他四种（粉末A、B、D和E）。

■实验中使用的粉末用于各种工艺，制造方法导致了不同的颗粒形态

实验用的粉末已经在不同工艺加工中得到应用，不同的制造方法导致了不同的颗粒形态。制造方法有等离子雾化(PA)、气体雾化(GA)、真空惰性气体雾化(VIGA)和电极感应气体雾化(EIGA)。

实验过程

为了评估每种粉末的打印性能和沉积质量，研究人员将单珠和多珠沉积物打印到Inconel 718 板上。工艺参数针对粉末C进行了优化，而其他4种粉末的参数则保持相同。对提供的粉末与沉积物重量测量确定了粉末效率，缺陷、几何形状和微观结构决定了沉积质量。

■粉末A和粉末C产生的毛孔比其他粉末稍大，但它们产生的毛孔数量要少得多

虽然所有4种替代粉末供应都提供了比粉末C更高的效率，但粉末E的更高可变性使其远不理想。在珠粒质量、孔数和孔径方面，粉末A产生的结果与粉末C最接近。这里，研究人员比较了几种物理特性，以确定哪些特性可以将粉末A、粉末C与其他粉末区分开来。

研究前，GKN的DED粉末规格参考了成分、制造方法、霍尔流动指数和粒度分布。然而在研究过程中，事实证明，颗粒尺寸和制造方法无法成功预测粉末A与粉末C的性能最接近，虽然霍尔流速表明两者相似，但所有测试粉末都通过了GKN既定规格参数。

■与沉积物的数据一样，粉末颗粒的密度和孔隙数据表明粉末A和粉末C之间的相似性。两者的密度最接近，并且孔隙数量相似

原料粉末中的孔隙率似乎与沉积物中的孔隙率有更好的联系，粉末A和C是比能量(specific energy)最接近的类似物（其量化了无侧限流动行为）。在50次振动固结后，不同粉末在填充密度上的相似性将粉末A、粉末C与其对应物区分开来。

■粉末A和粉末C之间的动态流动特性最相似，并提供了高度的差异化

实验结论

最终研究人员得出结论，粉末效率与基本流动性能量相关，沉积物孔隙频率与颗粒孔隙频率相关。虽然实验的数据集有限，但他们认为一小部分高度相似的粉末代表了DED用户在评估替代供应时面临的实际挑战。

■颗粒密度数据显示，粉末A和粉末C是选择中最密集的颗粒，固结轻敲后的体积密度(BD50Taps)表明两者也具有最高的填充效率

因此，研究人员表示以下4个研究结果应该得到大多数金属沉积打印用户的重视。首先，动态测试提供了对粉末流动性行为的更深入了解，并提供了比霍尔流动指数更强大的样本差异。其次，流动性直接影响粉末效率等性能指标。第三，零件质量尤其是珠孔隙率，高度依赖于粉末颗粒的密度和孔隙率。最后，颗粒形状会影响粉末的适用性。

对于新金属粉末特性，研究人员表示，任何对新金属粉末的描述都应包括基本流动能的注释，以及颗粒形态和颗粒密度。