نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك.من خلال الاستمرار في تصفح هذا الموقع ، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.معلومات إضافية.
يتضمن التصنيع الإضافي (AM) إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد ، طبقة رقيقة جدًا في كل مرة ، مما يجعلها أكثر تكلفة من المعالجة التقليدية.ومع ذلك ، يتم لحام جزء صغير فقط من المسحوق بالمكون أثناء عملية التجميع.الباقي لا يندمج ، لذا يمكن إعادة استخدامها.في المقابل ، إذا تم إنشاء الكائن بالطريقة الكلاسيكية ، فعادةً ما يتطلب الطحن والتشغيل الآلي لإزالة المواد.
تحدد خصائص المسحوق معلمات الماكينة ويجب أن تؤخذ في الاعتبار في المقام الأول.تكلفة AM لن تكون اقتصادية بالنظر إلى أن المسحوق غير المذاب ملوث وغير قابل لإعادة التدوير.ينتج عن تحلل المسحوق ظاهرتان: التعديل الكيميائي للمنتج والتغيرات في الخواص الميكانيكية مثل التشكل وتوزيع حجم الجسيمات.
في الحالة الأولى ، المهمة الرئيسية هي إنشاء هياكل صلبة تحتوي على سبائك نقية ، لذلك نحتاج إلى تجنب تلوث المسحوق ، على سبيل المثال ، بالأكاسيد أو النيتريدات.في الظاهرة الأخيرة ، ترتبط هذه المعلمات بالسيولة وقابلية الانتشار.لذلك ، فإن أي تغيير في خصائص المسحوق يمكن أن يؤدي إلى توزيع غير منتظم للمنتج.
تشير البيانات من المنشورات الحديثة إلى أن مقاييس التدفق الكلاسيكية لا يمكنها توفير معلومات كافية حول توزيع المسحوق في AM بناءً على طبقة المسحوق.فيما يتعلق بتوصيف المادة الخام (أو المسحوق) ، هناك العديد من طرق القياس ذات الصلة في السوق والتي يمكن أن تلبي هذا المطلب.يجب أن تكون حالة الإجهاد وحقل تدفق المسحوق هي نفسها في إعداد القياس وفي العملية.إن وجود الأحمال الضاغطة غير متوافق مع التدفق السطحي الحر المستخدم في أجهزة IM في أجهزة اختبار القص ومقاييس الريومترية الكلاسيكية.
طورت GranuTools سير عمل لوصف مسحوق AM.هدفنا الرئيسي هو تجهيز كل هندسة بأداة دقيقة لمحاكاة العملية ، ويتم استخدام سير العمل هذا لفهم وتتبع تطور جودة المسحوق في عمليات الطباعة المختلفة.تم اختيار العديد من سبائك الألومنيوم المعيارية (AlSi10Mg) لفترات مختلفة وبأحمال حرارية مختلفة (من 100 إلى 200 درجة مئوية).
يمكن التحكم في التدهور الحراري من خلال تحليل قدرة المسحوق على تراكم شحنة كهربائية.تم تحليل المساحيق من أجل قابلية التدفق (أداة GranuDrum) ، وحركية التعبئة (أداة GranuPack) والسلوك الكهروستاتيكي (أداة GranuCharge).قياسات التماسك والتعبئة الحركية مناسبة لتتبع جودة المسحوق.
المساحيق التي يسهل تطبيقها ستظهر مؤشرات تماسك منخفضة ، بينما المساحيق ذات ديناميكيات الملء السريع ستنتج أجزاء ميكانيكية ذات مسامية أقل مقارنة بالمنتجات الأكثر صعوبة في التعبئة.
بعد عدة أشهر من التخزين في مختبرنا ، تم اختيار ثلاثة مساحيق من سبائك الألومنيوم بتوزيعات مختلفة لأحجام الجسيمات (AlSi10Mg) وعينة واحدة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، ويشار إليها هنا بالعينات A و B و C. قد تختلف خصائص العينات عن الشركات المصنعة الأخرى.تم قياس توزيع حجم جسيمات العينة عن طريق تحليل حيود الليزر / ISO 13320.
نظرًا لأنها تتحكم في معلمات الماكينة ، يجب مراعاة خصائص المسحوق أولاً ، وإذا تم اعتبار المساحيق غير الذائبة ملوثة وغير قابلة لإعادة التدوير ، فإن التصنيع الإضافي ليس اقتصاديًا كما قد يأمل المرء.لذلك ، سيتم فحص ثلاث معلمات: تدفق المسحوق وديناميكيات التعبئة والكهرباء الساكنة.
ترتبط القابلية للانتشار بتوحيد و "نعومة" طبقة المسحوق بعد عملية إعادة الطلاء.هذا مهم جدًا لأن الأسطح الملساء يسهل طباعتها ويمكن فحصها باستخدام أداة GranuDrum مع قياس مؤشر الالتصاق.
لأن المسام هي نقاط ضعف في مادة ما ، فإنها يمكن أن تؤدي إلى تشققات.ديناميكيات التعبئة هي المعلمة الرئيسية الثانية حيث توفر مساحيق التعبئة السريعة مسامية منخفضة.يتم قياس هذا السلوك باستخدام GranuPack بقيمة n1 / 2.
يخلق وجود الشحنات الكهربائية في المسحوق قوى متماسكة تؤدي إلى تكوين التكتلات.يقيس GranuCharge قدرة المساحيق على توليد شحنة إلكتروستاتيكية عند ملامستها للمواد المختارة أثناء التدفق.
أثناء المعالجة ، يمكن لـ GranuCharge التنبؤ بتدهور التدفق ، على سبيل المثال ، عند تكوين طبقة في AM.وبالتالي ، فإن القياسات التي تم الحصول عليها حساسة للغاية لحالة سطح الحبوب (الأكسدة والتلوث والخشونة).يمكن بعد ذلك تحديد مقدار تقادم المسحوق المستعاد بدقة (± 0.5 درجة مئوية).
GranuDrum هي طريقة مبرمجة لقياس تدفق المسحوق تعتمد على مبدأ الأسطوانة الدوارة.يتم احتواء نصف عينة المسحوق في أسطوانة أفقية ذات جدران جانبية شفافة.تدور الأسطوانة حول محورها بسرعة زاوية من 2 إلى 60 دورة في الدقيقة ، وتلتقط كاميرا CCD الصور (من 30 إلى 100 صورة بفواصل زمنية ثانية واحدة).يتم تحديد واجهة الهواء / المسحوق على كل صورة باستخدام خوارزمية الكشف عن الحواف.
احسب متوسط ​​موضع الواجهة والتذبذبات حول هذا الوضع المتوسط.لكل سرعة دوران ، يتم حساب زاوية التدفق (أو "الزاوية الديناميكية للراحة") αf من متوسط ​​موضع الواجهة ، ويتم تحليل عامل التماسك الديناميكي σf المرتبط بالترابط بين الحبيبات من تقلبات الواجهة.
تتأثر زاوية التدفق بعدد من العوامل: الاحتكاك والشكل والتماسك بين الجسيمات (قوى فان دير فال ، الكهرباء الساكنة والقوى الشعرية).تؤدي المساحيق المتماسكة إلى تدفق متقطع ، بينما تؤدي المساحيق غير اللزجة إلى تدفق منتظم.تتوافق القيم المنخفضة لزاوية التدفق αf مع التدفق الجيد.يتوافق مؤشر الالتصاق الديناميكي القريب من الصفر مع مسحوق غير متماسك ، لذلك كلما زاد التصاق المسحوق ، يزداد مؤشر الالتصاق وفقًا لذلك.
يسمح لك GranuDrum بقياس الزاوية الأولى للانهيار الجليدي وتهوية المسحوق أثناء التدفق ، وكذلك قياس مؤشر الالتصاق σf وزاوية التدفق αf اعتمادًا على سرعة الدوران.
تعتبر الكثافة الظاهرية لـ GranuPack وكثافة التنصت وقياسات نسبة Hausner (المعروفة أيضًا باسم "اختبارات التنصت") مثالية لتوصيف المسحوق نظرًا لسهولة وسرعة القياس.تعد كثافة المسحوق والقدرة على زيادة كثافته من العوامل المهمة أثناء التخزين والنقل والتكتل وما إلى ذلك. الإجراءات الموصى بها موضحة في دستور الأدوية.
هذا الاختبار البسيط له ثلاث عيوب رئيسية.يعتمد القياس على عامل التشغيل ، وتؤثر طريقة الملء على الحجم الأولي للمسحوق.قياس الحجم الكلي يمكن أن يؤدي إلى أخطاء جسيمة في النتائج.نظرًا لبساطة التجربة ، لم نأخذ في الاعتبار ديناميكيات الضغط بين القياسات الأولية والنهائية.
تم تحليل سلوك المسحوق الذي يتم تغذيته في المخرج المستمر باستخدام معدات آلية.قم بقياس معامل Hausner Hr والكثافة الأولية ρ (0) والكثافة النهائية ρ (n) بعد نقرات n بدقة.
عادة ما يتم تحديد عدد الحنفيات عند n = 500.GranuPack عبارة عن قياس آلي ومتقدم لكثافة التنصت يعتمد على الأبحاث الديناميكية الحديثة.
يمكن استخدام فهارس أخرى ، لكنها غير متوفرة هنا.يتم وضع المسحوق في أنبوب معدني من خلال عملية تهيئة آلية صارمة.تمت إزالة استقراء المعلمة الديناميكية n1 / 2 والحد الأقصى للكثافة ρ (∞) من منحنى الضغط.
توجد أسطوانة مجوفة خفيفة الوزن أعلى طبقة المسحوق للحفاظ على مستوى سطح المسحوق / الهواء أثناء الضغط.يرتفع الأنبوب الذي يحتوي على عينة المسحوق إلى ارتفاع ثابت ΔZ ويسقط بحرية عند ارتفاع ثابت عادةً عند ΔZ = 1 مم أو Z = 3 مم ، والذي يتم قياسه تلقائيًا بعد كل لمسة.احسب الحجم الخامس للكومة من الارتفاع.
الكثافة هي نسبة الكتلة م إلى حجم طبقة المسحوق V. كتلة المسحوق م معروفة ، والكثافة ρ تُطبق بعد كل تأثير.
يرتبط معامل Hausner Hr بعامل الضغط ويتم تحليله بواسطة المعادلة Hr = ρ (500) / ρ (0) ، حيث ρ (0) هي الكثافة الظاهرية الأولية و ρ (500) هو التدفق المحسوب بعد 500 دورة.صنبور الكثافة.عند استخدام طريقة GranuPack ، يمكن تكرار النتائج باستخدام كمية صغيرة من المسحوق (عادةً 35 مل).
تعتبر خصائص المسحوق وخصائص المادة التي صنع منها الجهاز معلمات أساسية.أثناء التدفق ، تتولد الشحنات الكهروستاتيكية داخل المسحوق بسبب تأثير الاحتكاك الكهربائي ، وهو تبادل الشحنات عندما يتلامس اثنان من المواد الصلبة.
عندما يتدفق المسحوق داخل الجهاز ، يحدث تأثير احتكاك كهربائي عند التلامس بين الجزيئات وعند التلامس بين الجسيمات والجهاز.
عند ملامسة المادة المحددة ، يقوم GranuCharge تلقائيًا بقياس كمية الشحنات الكهروستاتيكية المتولدة داخل المسحوق أثناء التدفق.تتدفق عينة المسحوق داخل أنبوب V المهتز وتسقط في كوب فاراداي المتصل بمقياس كهربي يقيس الشحنة المكتسبة أثناء تحرك المسحوق داخل الأنبوب V.للحصول على نتائج قابلة للتكرار ، استخدم جهازًا دوارًا أو اهتزازًا لتغذية أنابيب V بشكل متكرر.
يتسبب تأثير الاحتكاك الكهربائي في أن يكتسب جسم واحد إلكترونات على سطحه وبالتالي تصبح سالبة الشحنة ، بينما يفقد جسم آخر الإلكترونات وبالتالي يصبح موجب الشحنة.تكتسب بعض المواد إلكترونات بسهولة أكبر من غيرها ، وبالمثل ، تفقد مواد أخرى الإلكترونات بسهولة أكبر.
تعتمد المادة التي تصبح سالبة والتي تصبح موجبة على الميل النسبي للمواد المعنية لاكتساب أو فقدان الإلكترونات.لتمثيل هذه الاتجاهات ، تم تطوير سلسلة كهرباء الاحتكاك الموضحة في الجدول 1.يتم سرد المواد ذات اتجاه الشحنة الموجبة والمواد الأخرى ذات الاتجاه السالب الشحنة ، ويتم سرد طرق المواد التي لا تظهر أي اتجاه سلوكي في منتصف الجدول.
من ناحية أخرى ، لا يوفر الجدول سوى معلومات عن الاتجاهات في سلوك شحن المواد ، لذلك تم إنشاء GranuCharge لتوفير قيم رقمية دقيقة لسلوك شحن المساحيق.
أجريت عدة تجارب لتحليل التحلل الحراري.تم وضع العينات عند 200 درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين.ثم يتم تحليل المسحوق على الفور باستخدام GranuDrum (الاسم الساخن).تم وضع المسحوق بعد ذلك في وعاء حتى يصل إلى درجة الحرارة المحيطة ثم تم تحليله باستخدام GranuDrum و GranuPack و GranuCharge (أي "بارد").
تم تحليل العينات الخام باستخدام GranuPack و GranuDrum و GranuCharge في نفس درجة حرارة الغرفة / الرطوبة (أي 35.0 ± 1.5٪ RH و 21.0 ± 1.0 ° C درجة حرارة).
يحسب مؤشر التماسك قابلية تدفق المساحيق ويرتبط بالتغيرات في موضع الواجهة (المسحوق / الهواء) ، وهي ثلاث قوى تلامس فقط (قوى فان دير فال ، والشعيرات الدموية والقوى الكهروستاتيكية).قبل التجربة ، تم تسجيل رطوبة الهواء النسبية (RH ،٪) ودرجة الحرارة (° C).ثم صُب المسحوق في البرميل وبدأت التجربة.
خلصنا إلى أن هذه المنتجات ليست عرضة للتكتل عند النظر في المتغيرات الانسيابية.ومن المثير للاهتمام ، أن الإجهاد الحراري غيّر السلوك الريولوجي لمساحيق العينات A و B من سماكة القص إلى ترقق القص.من ناحية أخرى ، لم تتأثر العينات C و SS 316L بدرجة الحرارة وأظهرت فقط سماكة القص.كان لكل مسحوق قابلية انتشار أفضل (أي مؤشر تماسك أقل) بعد التسخين والتبريد.
يعتمد تأثير درجة الحرارة أيضًا على المنطقة المحددة للجسيمات.كلما زادت الموصلية الحرارية للمادة ، زاد التأثير على درجة الحرارة (أي 225 ° = 250. - 1. 1) و 316.225 °؟تعتبر مساحيق سبائك الألومنيوم ممتازة لتطبيقات درجات الحرارة العالية نظرًا لزيادة قابليتها للانتشار ، وحتى العينات المبردة تحقق قابلية تدفق أفضل من المساحيق الأصلية.
لكل تجربة GranuPack ، تم تسجيل كتلة المسحوق قبل كل تجربة ، وضرب العينة 500 مرة بتردد تأثير 1 هرتز مع سقوط حر قدره 1 ملم في خلية القياس (طاقة التأثير ∝).يتم الاستغناء عن العينة في خلية القياس وفقًا لتعليمات البرامج المستقلة عن المستخدم.ثم تكررت القياسات مرتين لتقييم قابلية التكاثر والتحقيق في المتوسط ​​والانحراف المعياري.
بعد اكتمال تحليل GranuPack ، الكثافة الظاهرية الأولية (ρ (0)) ، الكثافة الظاهرية النهائية (عند الصنابير المتعددة ، n = 500 ، أي ρ (500)) ، نسبة Hausner / مؤشر Carr (Hr / Cr) واثنين من معلمات التسجيل (n1 / 2 و) المتعلقة بحركية الضغط.تظهر أيضًا الكثافة المثلى ρ (∞) (انظر الملحق 1).الجدول أدناه يعيد هيكلة البيانات التجريبية.
يوضح الشكلان 6 و 7 منحنى الضغط الكلي (الكثافة الظاهرية مقابل عدد التأثيرات) ونسبة معلمة n1 / 2 / Hausner.يتم عرض أشرطة الخطأ المحسوبة باستخدام المتوسط ​​على كل منحنى ، وتم حساب الانحرافات المعيارية عن طريق اختبار التكرار.
كان منتج الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو أثقل منتج (ρ (0) = 4.554 جم / مل).من حيث كثافة التنصت ، يظل SS 316L أثقل مسحوق (ρ (ن) = 5.044 جم / مل) ، متبوعًا بالعينة أ (ρ (ن) = 1.668 جم / مل) ، متبوعًا بالعينة ب (ρ (ن) = 1.668 جم / مل)./ مل) (ن) = 1.645 جم / مل).كانت العينة C هي الأدنى (ρ (ن) = 1.581 جم / مل).وفقًا للكثافة الظاهرية للمسحوق الأولي ، نرى أن العينة A هي الأخف وزناً ، ومع مراعاة الأخطاء (1.380 جم / مل) ، فإن العينات B و C لها نفس القيمة تقريبًا.
عندما يتم تسخين المسحوق ، تقل نسبة Hausner الخاصة به ، وهذا يحدث فقط مع العينات B و C و SS 316L.بالنسبة للعينة أ ، لم يكن من الممكن إجراء ذلك بسبب حجم أشرطة الخطأ.بالنسبة لـ n1 / 2 ، يكون تحديد الاتجاه البارامتي أكثر تعقيدًا.بالنسبة للعينة A و SS 316L ، انخفضت قيمة n1 / 2 بعد ساعتين عند 200 درجة مئوية ، بينما زادت بالنسبة للمساحيق B و C بعد التحميل الحراري.
تم استخدام وحدة تغذية اهتزازية لكل تجربة GranuCharge (انظر الشكل 8).استخدم أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ عيار 316 لتر.تكررت القياسات 3 مرات لتقييم التكاثر.كان وزن المنتج المستخدم لكل قياس حوالي 40 مل ولم يتم استرداد أي مسحوق بعد القياس.
قبل التجربة تم تسجيل وزن المسحوق (mp، g) والرطوبة النسبية للهواء (RH٪) ودرجة الحرارة (° C).في بداية الاختبار ، تم قياس كثافة شحنة المسحوق الأولي (q0 in C / kg) عن طريق وضع المسحوق في كوب فاراداي.أخيرًا ، تم إصلاح كتلة المسحوق وتم حساب كثافة الشحنة النهائية (qf ، C / kg) و q (q = qf - q0) في نهاية التجربة.
يتم عرض بيانات GranuCharge الخام في الجدول 2 والشكل 9 (هو الانحراف المعياري المحسوب من نتائج اختبار التكاثر) ، وتظهر النتائج في شكل رسم بياني (فقط q0 و q معروضة).SS 316L لديه أقل شحنة أولية ؛قد يكون هذا بسبب حقيقة أن هذا المنتج يحتوي على أعلى PSD.عندما يتعلق الأمر بالتحميل الأولي لمسحوق سبائك الألومنيوم الأساسي ، لا يمكن استخلاص أي استنتاجات نظرًا لحجم الأخطاء.
بعد ملامسة أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، تلقت العينة A أقل كمية من الشحنة ، بينما أظهرت المساحيق B و C اتجاهًا مشابهًا ، إذا تم فرك مسحوق SS 316L مقابل SS 316L ، تم العثور على كثافة شحنة قريبة من 0 (انظر سلسلة Triboelectric).المنتج ب لا يزال مشحونًا أكثر من أ. بالنسبة للعينة ج ، يستمر الاتجاه (شحنة أولية موجبة وشحنة نهائية بعد التسرب) ، لكن عدد الشحنات يزداد بعد التدهور الحراري.
بعد ساعتين من الإجهاد الحراري عند 200 درجة مئوية ، يصبح سلوك المسحوق مثيرًا للاهتمام.في العينات A و B ، انخفضت الشحنة الأولية وانتقلت الشحنة النهائية من السالبة إلى الموجبة.يحتوي مسحوق SS 316L على أعلى شحنة ابتدائية وأصبح تغيير كثافة الشحن موجبًا ولكنه ظل منخفضًا (أي 0.033 nC / g).
درسنا تأثير التدهور الحراري على السلوك المشترك لسبائك الألومنيوم (AlSi10Mg) ومساحيق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L ، بينما تم تحليل المساحيق الأصلية بعد ساعتين عند 200 درجة مئوية في الهواء.
يمكن أن يؤدي استخدام المساحيق في درجات حرارة مرتفعة إلى تحسين قابلية تدفق المنتج ، وهو تأثير يبدو أكثر أهمية للمساحيق ذات المساحة المحددة العالية والمواد ذات الموصلية الحرارية العالية.تم استخدام GranuDrum لتقييم التدفق ، وتم استخدام GranuPack لتحليل التعبئة الديناميكية ، واستخدم GranuCharge لتحليل الاحتكاك الكهربائي للمسحوق الملامس لأنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.
تم تحديد هذه النتائج باستخدام GranuPack ، والتي أظهرت تحسنًا في معامل Hausner لكل مسحوق (باستثناء العينة A ، نظرًا لحجم الأخطاء) بعد عملية الإجهاد الحراري.لم يتم العثور على اتجاه واضح لمعامل التعبئة (n1 / 2) حيث أظهرت بعض المنتجات زيادة في سرعة التعبئة بينما كان لبعض المنتجات تأثير متباين (مثل العينات B و C).