Təcrübənizi təkmilləşdirmək üçün kukilərdən istifadə edirik.Bu saytı nəzərdən keçirməyə davam etməklə siz kukilərdən istifadəmizlə razılaşırsınız.Əlavə informasiya.
Additive Manufacturing (AM) 3D obyektlərin yaradılmasını əhatə edir, hər dəfə bir ultra nazik təbəqə ilə onu ənənəvi emaldan daha bahalı edir.Bununla belə, montaj prosesində tozun yalnız kiçik bir hissəsi komponentə qaynaqlanır.Qalanları birləşmir, buna görə də təkrar istifadə edilə bilər.Bunun əksinə olaraq, obyekt klassik şəkildə yaradılıbsa, materialı çıxarmaq üçün adətən freze və emal tələb olunur.
Tozun xüsusiyyətləri maşının parametrlərini müəyyənləşdirir və ilk növbədə nəzərə alınmalıdır.Əriməmiş tozun çirklənmiş olduğunu və təkrar emal oluna bilməyəcəyini nəzərə alsaq, AM-nin dəyəri qənaətcil olmazdı.Tozun deqradasiyası iki hadisə ilə nəticələnir: məhsulun kimyəvi modifikasiyası və morfologiya və hissəcik ölçüsünün paylanması kimi mexaniki xüsusiyyətlərin dəyişməsi.
Birinci halda, əsas vəzifə təmiz ərintiləri ehtiva edən bərk strukturlar yaratmaqdır, buna görə də tozun, məsələn, oksidlər və ya nitridlərlə çirklənməsinin qarşısını almalıyıq.Sonuncu fenomendə bu parametrlər axıcılıq və yayılma qabiliyyəti ilə əlaqələndirilir.Buna görə də, tozun xassələrində hər hansı dəyişiklik məhsulun qeyri-bərabər paylanmasına səbəb ola bilər.
Son nəşrlərdən əldə edilən məlumatlar göstərir ki, klassik axınölçənlər toz yatağına əsaslanaraq AM-də tozun paylanması haqqında adekvat məlumat verə bilməz.Xammalın (və ya tozun) xarakteristikasına gəldikdə, bazarda bu tələbi ödəyə bilən bir neçə müvafiq ölçmə metodu mövcuddur.Gərginlik vəziyyəti və toz axını sahəsi ölçmə qurğusunda və prosesdə eyni olmalıdır.Sıxıcı yüklərin olması kəsmə test cihazlarında və klassik reometrlərdə IM cihazlarında istifadə olunan sərbəst səth axını ilə uyğun gəlmir.
GranuTools AM tozunu xarakterizə etmək üçün iş axını inkişaf etdirdi.Əsas məqsədimiz hər bir həndəsəni dəqiq proses simulyasiya aləti ilə təchiz etməkdir və bu iş axını müxtəlif çap proseslərində toz keyfiyyətinin təkamülünü anlamaq və izləmək üçün istifadə olunur.Bir neçə standart alüminium ərintiləri (AlSi10Mg) müxtəlif istilik yüklərində (100 ilə 200 ° C arasında) müxtəlif müddətlər üçün seçilmişdir.
İstilik deqradasiyası tozun elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətini təhlil etməklə idarə oluna bilər.Tozlar axıcılıq (GranuDrum aləti), qablaşdırma kinetikası (GranuPack aləti) və elektrostatik davranış (GranuCharge aləti) üçün təhlil edilmişdir.Koheziya və qablaşdırma kinetikasının ölçülməsi tozun keyfiyyətini izləmək üçün uyğundur.
Tətbiq edilməsi asan olan tozlar aşağı birləşmə indeksləri göstərəcək, sürətli doldurulma dinamikası olan tozlar isə daha çətin doldurulan məhsullarla müqayisədə daha az məsaməli mexaniki hissələr istehsal edəcək.
Laboratoriyamızda bir neçə ay saxlandıqdan sonra müxtəlif hissəcik ölçüsü paylanmasına malik üç alüminium ərintisi tozu (AlSi10Mg) və bir 316L paslanmayan polad nümunəsi seçildi, burada A, B və C nümunələri adlandırılır. Nümunələrin xassələri digər istehsalçılardan fərqli ola bilər.Nümunə hissəcik ölçüsünün paylanması lazer difraksiya analizi/ISO 13320 ilə ölçüldü.
Maşının parametrlərinə nəzarət etdikləri üçün ilk növbədə tozun xassələri nəzərə alınmalıdır və əriməmiş tozlar çirklənmiş və təkrar emal oluna bilməyən hesab olunursa, o zaman aşqarların istehsalı gözlənilən qədər qənaətcil deyil.Buna görə də üç parametr araşdırılacaq: toz axını, qablaşdırma dinamikası və elektrostatika.
Yayılma qabiliyyəti təkrar örtük əməliyyatından sonra toz təbəqəsinin vahidliyi və “hamarlığı” ilə bağlıdır.Bu çox vacibdir, çünki hamar səthləri çap etmək daha asandır və yapışma indeksinin ölçülməsi ilə GranuDrum aləti ilə yoxlanıla bilər.
Məsamələr materialın zəif nöqtələri olduğundan, çatlara səbəb ola bilər.Doldurma dinamikası ikinci əsas parametrdir, çünki sürətli doldurma tozları aşağı məsaməlik təmin edir.Bu davranış GranuPack ilə n1/2 dəyəri ilə ölçülür.
Tozda elektrik yüklərinin olması aglomeratların əmələ gəlməsinə səbəb olan birləşdirici qüvvələr yaradır.GranuCharge, axın zamanı seçilmiş materiallarla təmasda olduqda tozların elektrostatik yük yaratmaq qabiliyyətini ölçür.
Emal zamanı GranuCharge, məsələn, AM-də təbəqə formalaşdırarkən axının pisləşməsini proqnozlaşdıra bilər.Beləliklə, alınan ölçmələr taxıl səthinin vəziyyətinə (oksidləşmə, çirklənmə və pürüzlülük) çox həssasdır.Bərpa edilmiş tozun yaşlanması daha sonra dəqiq ölçülə bilər (±0,5 nC).
GranuDrum fırlanan baraban prinsipinə əsaslanan proqramlaşdırılmış toz axını ölçmə üsuludur.Toz nümunəsinin yarısı şəffaf yan divarları olan üfüqi silindrdə saxlanılır.Baraban öz oxu ətrafında 2 ilə 60 rpm bucaq sürəti ilə fırlanır və CCD kamera şəkillər çəkir (1 saniyəlik fasilələrlə 30-dan 100-ə qədər şəkil).Hava/toz interfeysi kənar aşkarlama alqoritmi ilə hər bir təsvirdə müəyyən edilir.
İnterfeys orta mövqeyini və bu orta mövqe ətrafında salınımları hesablayın.Hər bir fırlanma sürəti üçün axın bucağı (və ya “dinamik istirahət bucağı”) αf orta interfeys mövqeyindən hesablanır və taxıllararası birləşmə ilə əlaqəli dinamik birləşmə əmsalı σf interfeys dalğalanmalarından təhlil edilir.
Axın bucağına bir sıra parametrlər təsir edir: sürtünmə, forma və hissəciklər arasında birləşmə (van der Waals, elektrostatik və kapilyar qüvvələr).Yapışqan tozlar aralıq axınla, özlü olmayan tozlar isə nizamlı axınla nəticələnir.αf axını bucağının aşağı dəyərləri yaxşı axına uyğundur.Sıfıra yaxın dinamik yapışma indeksi yapışmayan tozla uyğun gəlir, buna görə də tozun yapışması artdıqca, yapışma indeksi də müvafiq olaraq artır.
GranuDrum axın zamanı uçqunun ilk bucağını və tozun aerasiyasını ölçməyə, həmçinin fırlanma sürətindən asılı olaraq yapışma indeksini σf və axın bucağını αf ölçməyə imkan verir.
GranuPack-in kütlə sıxlığı, vurma sıxlığı və Hausner nisbəti ölçmələri (həmçinin “tıqqıltı testləri” kimi tanınır) asanlığı və ölçmə sürətinə görə tozun xarakteristikası üçün idealdır.Tozun sıxlığı və onun sıxlığını artırmaq qabiliyyəti saxlama, daşıma, yığılma və s. zamanı vacib parametrlərdir. Tövsiyə olunan prosedurlar Farmakopeyada təsvir edilmişdir.
Bu sadə testin üç əsas çatışmazlığı var.Ölçmə operatordan asılıdır və doldurma üsulu tozun ilkin həcminə təsir göstərir.Ümumi həcmin ölçülməsi nəticələrdə ciddi səhvlərə səbəb ola bilər.Təcrübənin sadəliyinə görə biz ilkin və son ölçmələr arasında sıxılma dinamikasını nəzərə almadıq.
Davamlı çıxışa daxil olan tozun davranışı avtomatlaşdırılmış avadanlıqdan istifadə etməklə təhlil edilmişdir.Hausner əmsalı Hr, ilkin sıxlıq ρ(0) və son sıxlıq ρ(n) n klikdən sonra dəqiq ölçün.
Kranların sayı adətən n=500 səviyyəsində müəyyən edilir.GranuPack son dinamik tədqiqatlara əsaslanan avtomatlaşdırılmış və təkmil vurma sıxlığının ölçülməsidir.
Digər indekslərdən istifadə etmək olar, lakin onlar burada təqdim edilmir.Toz ciddi avtomatlaşdırılmış başlanğıc prosesi vasitəsilə metal boruya yerləşdirilir.n1/2 dinamik parametrinin və maksimum sıxlığın ρ(∞) ekstrapolyasiyası sıxılma əyrisindən çıxarılmışdır.
Yüngül çəkisi olan içi boş silindr sıxılma zamanı toz/hava interfeysini səviyyədə saxlamaq üçün toz yatağının üstündə oturur.Toz nümunəsi olan boru ΔZ sabit hündürlüyə qalxır və adətən ΔZ = 1 mm və ya ΔZ = 3 mm-də sabitlənmiş hündürlükdə sərbəst şəkildə düşür, hər toxunuşdan sonra avtomatik olaraq ölçülür.Hündürlükdən svayın V həcmini hesablayın.
Sıxlıq m kütləsinin toz qatının həcminə nisbətidir V. Tozun kütləsi m məlumdur, hər zərbədən sonra sıxlıq ρ tətbiq edilir.
Hausner əmsalı Hr sıxılma əmsalı ilə əlaqədardır və Hr = ρ(500) / ρ(0) tənliyi ilə təhlil edilir, burada ρ(0) ilkin kütlə sıxlığıdır və ρ(500) 500 dövrədən sonra hesablanmış axındır.Sıxlıq kranı.GranuPack metodundan istifadə edərkən, nəticələr az miqdarda tozdan (adətən 35 ml) istifadə etməklə təkrarlana bilər.
Tozun xüsusiyyətləri və cihazın hazırlandığı materialın xüsusiyyətləri əsas parametrlərdir.Axın zamanı triboelektrik effektə görə tozun içərisində elektrostatik yüklər əmələ gəlir, yəni iki bərk cisim təmasda olduqda yüklərin mübadiləsidir.
Toz cihazın içərisinə axdıqda, hissəciklər arasındakı təmasda və hissəciklərlə cihaz arasındakı təmasda triboelektrik effekt yaranır.
Seçilmiş materialla təmasda olan GranuCharge avtomatik olaraq axın zamanı tozun içərisində yaranan elektrostatik yükün miqdarını ölçür.Toz nümunəsi vibrasiyalı V-borunun içərisində axır və toz V-borunun içərisində hərəkət edərkən əldə edilən yükü ölçən bir elektrikölçənə qoşulmuş Faraday kubokuna düşür.Təkrarlana bilən nəticələr üçün V-boruları tez-tez qidalandırmaq üçün fırlanan və ya vibrasiya edən cihazdan istifadə edin.
Triboelektrik effekt bir cismin səthində elektron qazanmasına və beləliklə mənfi yüklənməsinə, digər cismin isə elektron itirməsinə və bununla da müsbət yüklənməsinə səbəb olur.Bəzi materiallar elektronları digərlərinə nisbətən daha asan qazanır və oxşar şəkildə digər materiallar elektronları daha asan itirirlər.
Hansı materialın mənfi, hansının müsbət olması, elektron əldə etmək və ya itirmək üçün iştirak edən materialların nisbi meylindən asılıdır.Bu tendensiyaları təmsil etmək üçün Cədvəl 1-də göstərilən triboelektrik seriyalar hazırlanmışdır.Müsbət yük tendensiyası olan materiallar və mənfi yük tendensiyası olan digər materiallar, heç bir davranış tendensiyası göstərməyən material üsulları cədvəlin ortasında verilmişdir.
Digər tərəfdən, cədvəl yalnız materialların şarj davranışındakı tendensiyalar haqqında məlumat verir, buna görə GranuCharge tozların doldurulma davranışı üçün dəqiq ədədi dəyərləri təmin etmək üçün yaradılmışdır.
Termal parçalanmanı təhlil etmək üçün bir neçə təcrübə aparıldı.Nümunələr bir-iki saat 200 ° C-də yerləşdirildi.Sonra toz dərhal GranuDrum (isti ad) ilə analiz edilir.Sonra toz ətraf temperatura çatana qədər konteynerə yerləşdirildi və sonra GranuDrum, GranuPack və GranuCharge (yəni “soyuq”) istifadə edərək təhlil edildi.
Xam nümunələr eyni otaq rütubətində/temperaturunda (yəni 35.0 ± 1.5% RH və 21.0 ± 1.0 °C temperaturda) GranuPack, GranuDrum və GranuCharge istifadə edərək təhlil edilmişdir.
Koheziya indeksi tozların axıcılığını hesablayır və yalnız üç təmas qüvvəsi (van der Waals, kapilyar və elektrostatik qüvvələr) olan interfeysin (toz/hava) mövqeyinin dəyişməsi ilə əlaqələndirilir.Təcrübədən əvvəl havanın nisbi rütubəti (RH,%) və temperatur (°C) qeydə alınıb.Sonra barabana toz töküldü və təcrübə başladı.
Tiksotropik parametrləri nəzərə aldıqda bu məhsulların yığılmağa həssas olmadığı qənaətinə gəldik.Maraqlıdır ki, istilik gərginliyi A və B nümunələrinin tozlarının reoloji davranışını kəsici qalınlaşmadan kəsmə incəlməsinə qədər dəyişdi.Digər tərəfdən, C və SS 316L Nümunələri temperaturdan təsirlənməyib və yalnız kəsmə qalınlaşması göstərib.Hər bir toz qızdırıldıqdan və soyuduqdan sonra daha yaxşı yayılma qabiliyyətinə (yəni daha aşağı birləşmə indeksinə) malik idi.
Temperatur təsiri də hissəciklərin xüsusi sahəsindən asılıdır.Materialın istilik keçiriciliyi nə qədər yüksək olarsa, temperatura (yəni ???225°?=250?.?-1.?-1) və ???316?-ə təsiri bir o qədər çox olur.225°?=19?.?-1.?-1) Hissəcik nə qədər kiçik olsa, temperaturun təsiri də bir o qədər çox olur.Alüminium ərintisi tozları artan yayılma qabiliyyətinə görə yüksək temperatur tətbiqləri üçün əladır və hətta soyudulmuş nümunələr orijinal tozlardan daha yaxşı axıcılığa nail olur.
Hər GranuPack təcrübəsi üçün tozun kütləsi hər təcrübədən əvvəl qeydə alınmış və nümunə ölçmə hüceyrəsində 1 mm sərbəst düşmə ilə 1 Hz zərbə tezliyi ilə 500 dəfə vurulmuşdur (təsir enerjisi ∝).Nümunə istifadəçidən müstəqil proqram təlimatlarına uyğun olaraq ölçmə xanasına paylanır.Sonra təkrarlanma qabiliyyətini qiymətləndirmək üçün ölçmələr iki dəfə təkrarlandı və orta və standart sapma araşdırıldı.
GranuPack təhlili başa çatdıqdan sonra, sıxılma kinetləri ilə bağlı ilkin kütlə sıxlığı (ρ(0)), yekun kütlə sıxlığı (birdən çox vurma zamanı, n = 500, yəni ρ(500)), Hausner nisbəti/Karr indeksi (Hr/Cr) və iki qeydiyyat parametri (n1/2 və τ).Optimal sıxlıq ρ(∞) də göstərilmişdir (bax: Əlavə 1).Aşağıdakı cədvəl eksperimental məlumatları yenidən strukturlaşdırır.
Şəkil 6 və 7 ümumi sıxılma əyrisini (təsirlərin sayına qarşı kütlə sıxlığı) və n1/2/Hausner parametr nisbətini göstərir.Ortadan istifadə etməklə hesablanmış xəta çubuqları hər əyridə göstərilir və standart kənarlaşmalar təkrarlanma testi ilə hesablanır.
316L paslanmayan polad məhsul ən ağır məhsul idi (ρ(0) = 4,554 q/mL).Vurma sıxlığı baxımından SS 316L ən ağır toz olaraq qalır (ρ(n) = 5,044 q/mL), ardınca A Nümunəsi (ρ(n) = 1,668 q/mL), ardınca B Nümunəsi (ρ(n) = 1,668 q/ml)./ml) (n) = 1,645 q/ml).C nümunəsi ən aşağı idi (ρ(n) = 1,581 q/mL).İlkin tozun kütlə sıxlığına görə A nümunəsinin ən yüngül olduğunu görürük və səhvləri (1,380 q/ml) nəzərə alaraq B və C nümunələri təxminən eyni qiymətə malikdir.
Toz qızdırıldıqca onun Hausner nisbəti azalır və bu, yalnız B, C və SS 316L nümunələrində baş verir.A nümunəsi üçün xəta çubuqlarının ölçüsünə görə yerinə yetirmək mümkün olmadı.n1/2 üçün parametrik trendin vurğulanması daha mürəkkəbdir.A və SS 316L nümunəsi üçün n1/2 dəyəri 200°C-də 2 saatdan sonra azalıb, B və C tozları üçün isə termal yüklənmədən sonra artıb.
Hər GranuCharge təcrübəsi üçün vibrasiyalı qidalandırıcı istifadə edilmişdir (Şəkil 8-ə baxın).316L paslanmayan polad borudan istifadə edin.Təkrarlanma qabiliyyətini qiymətləndirmək üçün ölçmələr 3 dəfə təkrarlandı.Hər bir ölçmə üçün istifadə edilən məhsulun çəkisi təxminən 40 ml idi və ölçmədən sonra heç bir toz alınmadı.
Təcrübədən əvvəl tozun çəkisi (mp, g), nisbi havanın rütubəti (RH, %) və temperatur (°C) qeydə alınıb.Testin başlanğıcında, ilkin tozun yük sıxlığı (µC/kq ilə q0) tozu Faraday kubokuna yerləşdirməklə ölçüldü.Nəhayət, toz kütləsi sabitləndi və təcrübənin sonunda yekun yük sıxlığı (qf, µC/kq) və Δq (Δq = qf – q0) hesablandı.
Xam GranuCharge məlumatları Cədvəl 2 və Şəkil 9-da (σ təkrar istehsal testinin nəticələrindən hesablanmış standart kənarlaşmadır) və nəticələr histoqram kimi göstərilir (yalnız q0 və Δq göstərilir).SS 316L ən aşağı ilkin yükləməyə malikdir;bu, bu məhsulun ən yüksək PSD-yə malik olması ilə əlaqədar ola bilər.İlkin alüminium ərintisi tozunun ilkin yüklənməsinə gəldikdə, səhvlərin ölçüsünə görə heç bir nəticə çıxarıla bilməz.
316L paslanmayan polad boru ilə təmasdan sonra A nümunəsi ən az yük aldı, B və C tozları oxşar tendensiya göstərdi, əgər SS 316L tozu SS 316L-ə sürtülsə, 0-a yaxın yük sıxlığı tapıldı (triboelektrik seriyaya baxın) .B məhsulu hələ də A ilə müqayisədə daha çox yüklənib. C nümunəsi üçün tendensiya davam edir (müsbət ilkin yük və sızmadan sonra son yük), lakin istilik deqradasiyasından sonra yüklərin sayı artır.
200 °C-də 2 saat istilik gərginliyindən sonra tozun davranışı çox maraqlı olur.A və B nümunələrində ilkin yük azaldı və son yük mənfidən müsbətə keçdi.SS 316L tozu ən yüksək ilkin yükə malik idi və onun yük sıxlığının dəyişməsi müsbət oldu, lakin aşağı səviyyədə qaldı (yəni 0,033 nC/q).
İstilik deqradasiyasının alüminium ərintisi (AlSi10Mg) və 316L paslanmayan polad tozlarının birləşmiş davranışına təsirini araşdırdıq, orijinal tozlar isə 2 saatdan sonra 200°C havada təhlil edildi.
Tozların yüksək temperaturda istifadəsi məhsulun axıcılığını yaxşılaşdıra bilər, bu təsir yüksək spesifik sahəyə malik tozlar və yüksək istilik keçiriciliyi olan materiallar üçün daha vacib görünür.Axını qiymətləndirmək üçün GranuDrum, dinamik qablaşdırma təhlili üçün GranuPack, 316L paslanmayan polad boru ilə təmasda olan tozun triboelektrikliyini təhlil etmək üçün GranuCharge istifadə edilmişdir.
Bu nəticələr GranuPack istifadə edərək müəyyən edilmişdir ki, bu da istilik gərginliyi prosesindən sonra hər bir toz üçün Hausner əmsalında (səhvlərin ölçüsünə görə A nümunəsi istisna olmaqla) yaxşılaşma göstərmişdir.Qablaşdırma parametri (n1/2) üçün heç bir aydın tendensiya tapılmadı, çünki bəzi məhsullar qablaşdırma sürətində artım göstərdi, digərləri isə təzadlı təsir göstərdi (məsələn, B və C Nümunələri).