Мы выкарыстоўваем файлы cookie, каб палепшыць ваш вопыт. Працягваючы прагляд гэтага сайта, вы згаджаецеся на выкарыстанне намі файлаў cookie. Дадатковая інфармацыя.
Адытыўная вытворчасць (АД) прадугледжвае стварэнне трохмерных аб'ектаў, адзін ультратонкі пласт за раз, што робіць яе больш дарагой у параўнанні з традыцыйнай апрацоўкай. Аднак толькі невялікая частка парашка прыварваецца да кампанента падчас працэсу зборкі. Астатняя частка не плаўляецца, таму яе можна выкарыстоўваць паўторна. Наадварот, калі аб'ект ствараецца класічным спосабам, звычайна патрабуецца фрэзераванне і механічная апрацоўка для выдалення матэрыялу.
Уласцівасці парашка вызначаюць параметры машыны і павінны ўлічвацца ў першую чаргу. Кошт адытыўнага адпрацоўвання быў бы неэканамічным, улічваючы, што нерасплаўлены парашок забруджаны і не падлягае перапрацоўцы. Дэградацыя парашка прыводзіць да дзвюх з'яў: хімічнай мадыфікацыі прадукту і змяненняў механічных уласцівасцей, такіх як марфалогія і размеркаванне памераў часціц.
У першым выпадку асноўная задача — стварэнне цвёрдых структур, якія змяшчаюць чыстыя сплавы, таму нам трэба пазбегнуць забруджвання парашка, напрыклад, аксідамі або нітрыдамі. У апошняй з'яве гэтыя параметры звязаны з цякучасцю і расцякальнасцю. Таму любая змена ўласцівасцей парашка можа прывесці да нераўнамернага размеркавання прадукту.
Дадзеныя з нядаўніх публікацый паказваюць, што класічныя расходомеры не могуць даць адэкватную інфармацыю аб размеркаванні парашка ў AM на аснове парашковага слоя. Што тычыцца характарыстыкі сыравіны (або парашка), на рынку існуе некалькі адпаведных метадаў вымярэння, якія могуць задаволіць гэтае патрабаванне. Стан напружання і поле патоку парашка павінны быць аднолькавымі ў вымяральнай устаноўцы і ў працэсе. Наяўнасць сціскальных нагрузак несумяшчальная з патокам са свабоднай паверхняй, які выкарыстоўваецца ў прыладах IM у вымяральных прыборах для зруху і класічных рэометрах.
Кампанія GranuTools распрацавала працоўны працэс для характарыстыкі парашка адытыўнага вытворчасці. Наша галоўная мэта — абсталяваць кожную геаметрыю дакладным інструментам мадэлявання працэсу, і гэты працоўны працэс выкарыстоўваецца для разумення і адсочвання змены якасці парашка ў розных працэсах друку. Некалькі стандартных алюмініевых сплаваў (AlSi10Mg) былі выбраны для рознай працягласці пры розных цеплавых нагрузках (ад 100 да 200 °C).
Тэрмічную дэградацыю можна кантраляваць, аналізуючы здольнасць парашка назапашваць электрычны зарад. Парашкі былі прааналізаваны на цякучасць (прыбор GranuDrum), кінетыку ўпакоўкі (прыбор GranuPack) і электрастатычныя ўласцівасці (прыбор GranuCharge). Вымярэнні кагезіі і кінетыкі ўпакоўкі падыходзяць для адсочвання якасці парашка.
Парашкі, якія лёгка наносяцца, будуць паказваць нізкія індэксы кагезіі, у той час як парашкі з хуткай дынамікай напаўнення будуць ствараць механічныя дэталі з меншай сітаватасцю ў параўнанні з больш складанымі для напаўнення прадуктамі.
Пасля некалькіх месяцаў захоўвання ў нашай лабараторыі былі адабраны тры парашкі алюмініевых сплаваў з розным размеркаваннем памераў часціц (AlSi10Mg) і адзін узор нержавеючай сталі 316L, якія тут называюцца ўзорамі A, B і C. Уласцівасці ўзораў могуць адрознівацца ад узораў іншых вытворцаў. Размеркаванне памераў часціц узору вымяралася з дапамогай лазернага дыфракцыйнага аналізу/ISO 13320.
Паколькі яны кантралююць параметры машыны, у першую чаргу неабходна ўлічваць уласцівасці парашка, і калі нерасплаўленыя парашкі лічацца забруджанымі і непрыдатнымі для перапрацоўкі, то адытыўная вытворчасць не такая эканамічная, як можна было б спадзявацца. Таму будуць даследаваны тры параметры: паток парашка, дынаміка ўпакоўкі і электрастатыка.
Расцякальнасць звязана з аднастайнасцю і «гладкасцю» парашковага пласта пасля аперацыі паўторнага пакрыцця. Гэта вельмі важна, бо гладкія паверхні лягчэй друкаваць, і іх можна праверыць з дапамогай інструмента GranuDrum з вымярэннем індэкса адгезіі.
Паколькі пары з'яўляюцца слабымі месцамі матэрыялу, яны могуць прывесці да расколін. Дынаміка запаўнення — другі ключавы параметр, бо хутка запаўняльныя парашкі забяспечваюць нізкую парыстасць. Гэтая паводзіны вымяраецца з дапамогай GranuPack са значэннем n1/2.
Наяўнасць электрычных зарадаў у парашку стварае сілы згуртавання, якія прыводзяць да ўтварэння агламератаў. GranuCharge вымярае здольнасць парашкоў генераваць электрастатычны зарад пры кантакце з выбранымі матэрыяламі падчас патоку.
Падчас апрацоўкі GranuCharge можа прагназаваць пагаршэнне цякучасці, напрыклад, пры фарміраванні пласта ў адданым метадзе. Такім чынам, атрыманыя вымярэнні вельмі адчувальныя да стану паверхні зерня (акісленне, забруджванне і шурпатасць). Старэнне рэкупераванага парашка можна дакладна колькасна ацаніць (±0,5 нК).
GranuDrum — гэта праграмны метад вымярэння расходу парашка, заснаваны на прынцыпе кручэння барабана. Палова ўзору парашка змяшчаецца ў гарызантальным цыліндры з празрыстымі бакавымі сценкамі. Барабан круціцца вакол сваёй восі з вуглавой хуткасцю ад 2 да 60 абаротаў у хвіліну, а CCD-камера робіць здымкі (ад 30 да 100 здымкаў з інтэрвалам у 1 секунду). Паверхня паветра/парашок ідэнтыфікуецца на кожным здымку з дапамогай алгарытму выяўлення краёў.
Разлічыце сярэдняе становішча мяжы падзелу і ваганні вакол гэтага сярэдняга становішча. Для кожнай хуткасці кручэння вугал патоку (або «дынамічны вугал натуральнага адкосу») αf разлічваецца па сярэднім становішчы мяжы падзелу, а каэфіцыент дынамічнай кагезіі σf, звязаны з міжзерневай сувяззю, аналізуецца па ваганнях мяжы падзелу.
На кут патоку ўплывае шэраг параметраў: трэнне, форма і згуртаванасць паміж часціцамі (сілы Ван-дэр-Ваальса, электрастатычныя і капілярныя сілы). Кагезійныя парашкі прыводзяць да перарывістага патоку, у той час як неглейкае парашкі — да рэгулярнага. Нізкія значэнні вугла патоку αf адпавядаюць добраму патоку. Дынамічны індэкс адгезіі, блізкі да нуля, адпавядае некагезіўнаму парашку, таму па меры павелічэння адгезіі парашка адпаведна павялічваецца і індэкс адгезіі.
GranuDrum дазваляе вымяраць першы вугал лавіны і аэрацыю парашка падчас патоку, а таксама вымяраць індэкс адгезіі σf і вугал патоку αf у залежнасці ад хуткасці кручэння.
Вымярэнні аб'ёмнай шчыльнасці, шчыльнасці пры пастукванні і каэфіцыента Хаўснера з дапамогай GranuPack (таксама вядомыя як «тэсты пры пастукванні») ідэальна падыходзяць для характарыстыкі парашка дзякуючы прастаце і хуткасці вымярэння. Шчыльнасць парашка і магчымасць павелічэння яго шчыльнасці з'яўляюцца важнымі параметрамі падчас захоўвання, транспарціроўкі, агламерацыі і г.д. Рэкамендаваныя працэдуры выкладзены ў Фармакапеі.
Гэты просты тэст мае тры асноўныя недахопы. Вымярэнне залежыць ад аператара, а спосаб напаўнення ўплывае на пачатковы аб'ём парашка. Вымярэнне агульнага аб'ёму можа прывесці да сур'ёзных памылак у выніках. З-за прастаты эксперыменту мы не ўлічвалі дынаміку ўшчыльнення паміж пачатковым і канчатковым вымярэннямі.
Паводзіны парашка, які падаецца ў бесперапынны выхад, аналізаваліся з дапамогай аўтаматызаванага абсталявання. Дакладна вымерайце каэфіцыент Хаўснера Hr, пачатковую шчыльнасць ρ(0) і канчатковую шчыльнасць ρ(n) пасля n клікаў.
Колькасць націсканняў звычайна фіксуецца на ўзроўні n=500. GranuPack — гэта аўтаматызаваны і ўдасканалены прыбор для вымярэння шчыльнасці націскання, заснаваны на нядаўніх дынамічных даследаваннях.
Можна выкарыстоўваць і іншыя індэксы, але яны тут не прыведзены. Парашок змяшчаецца ў металічную трубку праз строгі аўтаматызаваны працэс ініцыялізацыі. Экстрапаляцыя дынамічнага параметра n1/2 і максімальнай шчыльнасці ρ(∞) была выдалена з крывой ушчыльнення.
Лёгкі полы цыліндр размяшчаецца зверху парашковага ложка, каб падтрымліваць раўнавагу паміж парашком і паветрам падчас ушчыльнення. Трубка, якая змяшчае ўзор парашка, падымаецца на фіксаваную вышыню ΔZ і свабодна апускаецца на вышыню, якая звычайна фіксуецца на ўзроўні ΔZ = 1 мм або ΔZ = 3 мм і аўтаматычна вымяраецца пасля кожнага дотыку. Разлічыце аб'ём V кучы па вышыні.
Шчыльнасць — гэта стаўленне масы m да аб'ёму пласта парашка V. Маса парашка m вядомая, шчыльнасць ρ прыкладваецца пасля кожнага ўдару.
Каэфіцыент Хаўснера Hr звязаны з каэфіцыентам ушчыльнення і аналізуецца па ўраўненні Hr = ρ(500) / ρ(0), дзе ρ(0) — пачатковая аб'ёмная шчыльнасць, а ρ(500) — разліковы расход пасля 500 цыклаў. Вымярэнне шчыльнасці. Пры выкарыстанні метаду GranuPack вынікі можна адпрацаваць, выкарыстоўваючы невялікую колькасць парашка (звычайна 35 мл).
Уласцівасці парашка і ўласцівасці матэрыялу, з якога выраблена прылада, з'яўляюцца ключавымі параметрамі. Падчас патоку ўнутры парашка ўтвараюцца электрастатычныя зарады з-за трыбаэлектрычнага эфекту, які ўяўляе сабой абмен зарадамі пры кантакце двух цвёрдых цел.
Калі парашок цячэ ўнутры прылады, узнікае трыбаэлектрычны эфект у месцы кантакту паміж часціцамі і ў месцы кантакту паміж часціцамі і прыладай.
Пры кантакце з абраным матэрыялам GranuCharge аўтаматычна вымярае колькасць электрастатычнага зарада, які ўтвараецца ўнутры парашка падчас патоку. Узор парашка цячэ ўнутры вібруючай V-вобразнай трубкі і трапляе ў кубак Фарадэя, падлучаны да электраметра, які вымярае зарад, які набываецца пры руху парашка ўнутры V-вобразнай трубкі. Для атрымання адэкватных вынікаў выкарыстоўвайце круцільную або вібруючую прыладу для частай падачы V-вобразных трубак.
Трыбаэлектрычны эфект прымушае адзін аб'ект атрымліваць электроны на сваёй паверхні і такім чынам зараджацца адмоўна, а іншы аб'ект губляе электроны і такім чынам зараджаецца станоўча. Некаторыя матэрыялы лягчэй атрымліваюць электроны, чым іншыя, і, аналагічна, іншыя матэрыялы лягчэй губляюць электроны.
Які матэрыял становіцца адмоўным, а які — дадатным, залежыць ад адноснай схільнасці матэрыялаў атрымліваць або губляць электроны. Для прадстаўлення гэтых тэндэнцый быў распрацаваны трыбаэлектрычны шэраг, паказаны ў табліцы 1. Пералічаны матэрыялы з тэндэнцыяй да дадатнага зараду і іншыя з тэндэнцыяй да адмоўнага зараду, а метады матэрыялаў, якія не паказваюць ніякай тэндэнцыі паводзін, пералічаны ў сярэдзіне табліцы.
З іншага боку, табліца змяшчае інфармацыю толькі аб тэндэнцыях у паводзінах матэрыялаў пры зарадцы, таму GranuCharge быў створаны для забеспячэння дакладных лікавых значэнняў паводзін парашкоў пры зарадцы.
Было праведзена некалькі эксперыментаў для аналізу тэрмічнага раскладання. Узоры змяшчалі пры тэмпературы 200°C на адну-дзве гадзіны. Затым парашок неадкладна аналізувалі з дапамогай GranuDrum (гарачая назва). Затым парашок змяшчалі ў кантэйнер да дасягнення пакаёвай тэмпературы, а затым аналізавалі з дапамогай GranuDrum, GranuPack і GranuCharge (г.зн. «халодны»).
Неапрацаваныя ўзоры былі прааналізаваны з выкарыстаннем GranuPack, GranuDrum і GranuCharge пры аднолькавай вільготнасці/тэмпературы ў памяшканні (г.зн. 35,0 ± 1,5% адноснай вільготнасці і тэмпературы 21,0 ± 1,0 °C).
Індэкс кагезіі разлічвае цякучасць парашкоў і карэлюе са зменамі становішча мяжы падзелу (парашок/паветра), якая складаецца толькі з трох кантактных сіл (сілы Ван-дэр-Ваальса, капілярныя і электрастатычныя). Перад эксперыментам былі зафіксаваны адносная вільготнасць паветра (RH, %) і тэмпература (°C). Затым парашок засыпалі ў барабан, і эксперымент пачаўся.
Мы прыйшлі да высновы, што гэтыя прадукты не схільныя да агламерацыі з улікам тыксатропных параметраў. Цікава, што тэрмічнае напружанне змяніла рэалагічныя паводзіны парашкоў узораў A і B ад зруховага патаўшчэння да зруховага разрэджвання. З іншага боку, узоры C і SS 316L не залежалі ад тэмпературы і прадэманстравалі толькі зруховае патаўшчэнне. Кожны парашок меў лепшую растекаемасць (г.зн. ніжэйшы індэкс кагезіі) пасля награвання і астуджэння.
Тэмпературны ўплыў таксама залежыць ад канкрэтнай плошчы часціц. Чым вышэй цеплаправоднасць матэрыялу, тым большы ўплыў тэмпературы (г.зн. ???225°?=250?.?-1.?-1) і ???316?. 225°?=19?.?-1.?-1). Чым меншая часціца, тым большы ўплыў тэмпературы. Парашкі алюмініевых сплаваў выдатна падыходзяць для прымянення пры высокіх тэмпературах дзякуючы сваёй падвышанай расцякальнасці, і нават астуджаныя ўзоры дасягаюць лепшай цякучасці, чым зыходныя парашкі.
Для кожнага эксперыменту GranuPack маса парашка фіксавалася перад кожным эксперыментам, і ўзор падвяргаўся 500 ударам з частатой удараў 1 Гц са свабодным падзеннем 1 мм у вымяральнай ячэйцы (энергія ўдару ∝). Узор дазаваўся ў вымяральную ячэйку ў адпаведнасці з інструкцыямі праграмнага забеспячэння, незалежнымі ад карыстальніка. Затым вымярэнні паўтараліся двойчы для ацэнкі ўзнаўляльнасці, і даследаваліся сярэдняе значэнне і стандартнае адхіленне.
Пасля завяршэння аналізу GranuPack вымяраюцца пачатковая аб'ёмная шчыльнасць (ρ(0)), канчатковая аб'ёмная шчыльнасць (пры некалькіх націсканнях, n = 500, г.зн. ρ(500)), каэфіцыент Хаўснера/індэкс Карра (Hr/Cr) і два параметры рэгістрацыі (n1/2 і τ), звязаныя з кінетыкай ушчыльнення. Таксама паказана аптымальная шчыльнасць ρ(∞) (гл. Дадатак 1). У табліцы ніжэй прадстаўлены эксперыментальныя дадзеныя.
На малюнках 6 і 7 паказаны агульны крывы ўшчыльнення (аб'ёмная шчыльнасць у залежнасці ад колькасці ўдараў) і суадносіны параметраў n1/2/Хаўснера. На кожнай крывой паказаны палоскі памылак, разлічаныя з выкарыстаннем сярэдняга значэння, а стандартныя адхіленні былі разлічаны шляхам выпрабаванняў на паўтаральнасць.
Найбольшай шчыльнасцю парашка аказаўся выраб з нержавеючай сталі 316L (ρ(0) = 4,554 г/мл). Што да шчыльнасці пры набіванні, самым цяжкім парашком застаецца сталь SS 316L (ρ(n) = 5,044 г/мл), за ёй ідуць узор А (ρ(n) = 1,668 г/мл), а затым узор B (ρ(n) = 1,668 г/мл). (n) = 1,645 г/мл). Найменшай шчыльнасцю парашка быў узор C (ρ(n) = 1,581 г/мл). Згодна з аб'ёмнай шчыльнасцю зыходнага парашка, мы бачым, што ўзор А з'яўляецца самым лёгкім, і з улікам памылак (1,380 г/мл) узоры B і C маюць прыблізна аднолькавае значэнне.
Па меры награвання парашка яго каэфіцыент Хаўснера памяншаецца, і гэта адбываецца толькі з узорамі B, C і SS 316L. Для ўзору A гэта было немагчыма выканаць з-за памеру палос памылак. Для n1/2 падкрэсліванне параметрічнага трэнду больш складанае. Для ўзору A і SS 316L значэнне n1/2 зменшылася праз 2 гадзіны пры 200°C, у той час як для парашкоў B і C яно павялічылася пасля тэрмічнай нагрузкі.
Для кожнага эксперыменту GranuCharge выкарыстоўваўся вібрацыйны падавальнік (гл. малюнак 8). Выкарыстоўваліся трубкі з нержавеючай сталі 316L. Вымярэнні паўтараліся 3 разы для ацэнкі ўзнаўляльнасці. Вага прадукту, які выкарыстоўваўся для кожнага вымярэння, складала прыблізна 40 мл, і пасля вымярэння парашок не быў знойдзены.
Перад эксперыментам былі запісаны вага парашка (mp, г), адносная вільготнасць паветра (RH, %) і тэмпература (°C). У пачатку выпрабавання шчыльнасць зарада першаснага парашка (q0 у мкКл/кг) вымяралася шляхам змяшчэння парашка ў кубак Фарадэя. Нарэшце, маса парашка фіксавалася і разлічваліся канчатковая шчыльнасць зарада (qf, мкКл/кг) і Δq (Δq = qf – q0) у канцы эксперыменту.
Неапрацаваныя дадзеныя GranuCharge паказаны ў Табліцы 2 і на Малюнку 9 (σ — стандартнае адхіленне, разлічанае па выніках тэсту на ўзнаўляльнасць), і вынікі паказаны ў выглядзе гістаграмы (паказаны толькі q0 і Δq). SS 316L мае найменшую пачатковую зарадку; гэта можа быць звязана з тым, што гэты прадукт мае найвышэйшую PSD. Што тычыцца пачатковай зарадкі парашка першаснага алюмініевага сплаву, немагчыма зрабіць ніякіх высноў з-за памеру памылак.
Пасля кантакту з трубой з нержавеючай сталі 316L узор А атрымаў найменшую колькасць зарада, у той час як парашкі B і C паказалі падобную тэндэнцыю. Калі парашок SS 316L пацерці аб SS 316L, была выяўлена шчыльнасць зарада, блізкая да 0 (гл. трыбаэлектрычны шэраг). Прадукт B усё яшчэ больш зараджаны, чым A. Для ўзору C тэндэнцыя працягваецца (станоўчы пачатковы зарад і канчатковы зарад пасля ўцечкі), але колькасць зарадаў павялічваецца пасля тэрмічнай дэградацыі.
Пасля 2 гадзін тэрмічнага ўздзеяння пры тэмпературы 200 °C паводзіны парашка сталі вельмі цікавымі. Ва ўзорах А і В пачатковы зарад паменшыўся, а канчатковы зарад зрушыўся з адмоўнага на дадатны. Парашок SS 316L меў найбольшы пачатковы зарад, і змена шчыльнасці яго зарада стала дадатнай, але засталася нізкай (г.зн. 0,033 нКл/г).
Мы даследавалі ўплыў тэрмічнай дэградацыі на сумесную паводзіны парашкоў алюмініевага сплаву (AlSi10Mg) і нержавеючай сталі 316L, у той час як зыходныя парашкі былі прааналізаваны праз 2 гадзіны пры тэмпературы 200°C на паветры.
Выкарыстанне парашкоў пры падвышаных тэмпературах можа палепшыць цякучасць прадукту, эфект, які, відаць, больш важны для парашкоў з высокай удзельнай плошчай і матэрыялаў з высокай цеплаправоднасцю. GranuDrum выкарыстоўваўся для ацэнкі цякучасці, GranuPack — для дынамічнага аналізу ўпакоўкі, а GranuCharge — для аналізу трыбаэлектрычнасці парашка пры кантакце з трубой з нержавеючай сталі 316L.
Гэтыя вынікі былі атрыманы з дапамогай GranuPack, які паказаў паляпшэнне каэфіцыента Хаўснера для кожнага парашка (за выключэннем узору А, з-за памеру памылак) пасля працэсу тэрмічнага напружання. Выразнай тэндэнцыі для параметра ўпакоўкі (n1/2) не было выяўлена, бо некаторыя прадукты паказалі павелічэнне хуткасці ўпакоўкі, а іншыя мелі кантрасны эфект (напрыклад, узоры B і C).