ما از کوکی ها برای بهبود تجربه شما استفاده می کنیم.با ادامه مرور این سایت، با استفاده ما از کوکی ها موافقت می کنید.اطلاعات تکمیلی.
تولید افزودنی (AM) شامل ایجاد اشیاء سه بعدی، یک لایه فوق‌العاده نازک در هر زمان است که گران‌تر از پردازش سنتی است.با این حال، تنها بخش کوچکی از پودر در طول فرآیند مونتاژ به قطعه جوش داده می شود.بقیه فیوز نمی شوند، بنابراین می توان از آنها استفاده مجدد کرد.در مقابل، اگر جسم به روش کلاسیک ایجاد شود، معمولاً برای حذف مواد نیاز به فرز و ماشین کاری دارد.
خواص پودر تعیین کننده پارامترهای دستگاه است و در وهله اول باید در نظر گرفته شود.با توجه به اینکه پودر ذوب نشده آلوده است و قابل بازیافت نیست، هزینه AM مقرون به صرفه نخواهد بود.تجزیه پودر منجر به دو پدیده می شود: اصلاح شیمیایی محصول و تغییر در خواص مکانیکی مانند مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات.
در حالت اول، وظیفه اصلی ایجاد ساختارهای جامد حاوی آلیاژهای خالص است، بنابراین باید از آلودگی پودر، به عنوان مثال، با اکسیدها یا نیتریدها جلوگیری کنیم.در پدیده دوم، این پارامترها با سیالیت و گسترش پذیری همراه هستند.بنابراین هرگونه تغییر در خواص پودر می تواند منجر به توزیع غیر یکنواخت محصول شود.
داده های انتشارات اخیر نشان می دهد که فلومترهای کلاسیک نمی توانند اطلاعات کافی در مورد توزیع پودر در AM بر اساس بستر پودر ارائه دهند.با توجه به خصوصیات ماده خام (یا پودر)، چندین روش اندازه گیری مرتبط در بازار وجود دارد که می تواند این نیاز را برآورده کند.حالت تنش و میدان جریان پودر باید در تنظیم اندازه گیری و در فرآیند یکسان باشد.وجود بارهای فشاری با جریان سطح آزاد مورد استفاده در دستگاه های IM در تسترهای برشی و رئومترهای کلاسیک ناسازگار است.
GranuTools یک گردش کار برای مشخص کردن پودر AM ایجاد کرده است.هدف اصلی ما تجهیز هر هندسه به یک ابزار شبیه‌سازی فرآیند دقیق است و این گردش کار برای درک و ردیابی تکامل کیفیت پودر در فرآیندهای مختلف چاپ استفاده می‌شود.چندین آلیاژ آلومینیوم استاندارد (AlSi10Mg) برای مدت زمان های مختلف در بارهای حرارتی مختلف (از 100 تا 200 درجه سانتی گراد) انتخاب شدند.
تخریب حرارتی را می توان با تجزیه و تحلیل توانایی پودر در تجمع بار الکتریکی کنترل کرد.پودرها از نظر جریان پذیری (دستگاه GranuDrum)، سینتیک بسته بندی (دستگاه GranuPack) و رفتار الکترواستاتیک (دستگاه GranuCharge) آنالیز شدند.اندازه گیری سینتیک چسبندگی و بسته بندی برای ردیابی کیفیت پودر مناسب است.
پودرهایی که به راحتی اعمال می شوند، شاخص های چسبندگی پایینی را نشان می دهند، در حالی که پودرهایی با دینامیک پر شدن سریع، قطعات مکانیکی با تخلخل کمتر در مقایسه با محصولات سخت تر تولید می کنند.
پس از چند ماه نگهداری در آزمایشگاه ما، سه پودر آلیاژ آلومینیوم با توزیع اندازه ذرات مختلف (AlSi10Mg) و یک نمونه فولاد ضد زنگ 316L انتخاب شدند که در اینجا به عنوان نمونه های A، B و C نامیده می شود. خواص نمونه ها ممکن است با تولید کنندگان دیگر متفاوت باشد.توزیع اندازه ذرات نمونه با تجزیه و تحلیل پراش لیزری/ISO 13320 اندازه‌گیری شد.
از آنجایی که آنها پارامترهای دستگاه را کنترل می کنند، ابتدا باید خواص پودر در نظر گرفته شود و اگر پودرهای ذوب نشده آلوده و غیرقابل بازیافت در نظر گرفته شوند، تولید افزودنی آنقدرها که می توان انتظار داشت مقرون به صرفه نیست.بنابراین، سه پارامتر جریان پودر، دینامیک بسته بندی و الکترواستاتیک بررسی خواهد شد.
گسترش پذیری مربوط به یکنواختی و "صافی" لایه پودری پس از عملیات پوشش دهی مجدد است.این بسیار مهم است زیرا سطوح صاف آسان‌تر چاپ می‌شوند و می‌توان آن را با ابزار GranuDrum با اندازه‌گیری شاخص چسبندگی بررسی کرد.
از آنجایی که منافذ نقاط ضعف یک ماده هستند، می توانند منجر به ترک شوند.دینامیک پر کردن دومین پارامتر کلیدی است زیرا پودرهای پرکننده سریع تخلخل کم را ایجاد می کنند.این رفتار با GranuPack با مقدار n1/2 اندازه گیری می شود.
وجود بارهای الکتریکی در پودر، نیروهای منسجمی را ایجاد می کند که منجر به تشکیل آگلومرا می شود.GranuCharge توانایی پودرها برای ایجاد بار الکترواستاتیکی را در هنگام تماس با مواد انتخابی در طول جریان اندازه گیری می کند.
در طول پردازش، GranuCharge می تواند بدتر شدن جریان را پیش بینی کند، به عنوان مثال، هنگام تشکیل یک لایه در AM.بنابراین اندازه گیری های به دست آمده نسبت به وضعیت سطح دانه (اکسیداسیون، آلودگی و زبری) بسیار حساس هستند.سپس پیری پودر بازیافت شده را می توان با دقت کمی (±0.5 nC) تعیین کرد.
GranuDrum یک روش برنامه ریزی شده اندازه گیری جریان پودر بر اساس اصل درام چرخان است.نیمی از نمونه پودر در یک استوانه افقی با دیواره های جانبی شفاف قرار دارد.درام حول محور خود با سرعت زاویه ای 2 تا 60 دور در دقیقه می چرخد ​​و دوربین CCD عکس می گیرد (از 30 تا 100 تصویر در فواصل زمانی 1 ثانیه).رابط هوا/پودر روی هر تصویر با استفاده از یک الگوریتم تشخیص لبه شناسایی می شود.
میانگین موقعیت رابط و نوسانات حول این موقعیت متوسط ​​را محاسبه کنید.برای هر سرعت چرخش، زاویه جریان (یا "زاویه سکون پویا") αf از میانگین موقعیت مشترک محاسبه می‌شود و ضریب پیوستگی دینامیکی σf مرتبط با پیوند بین دانه‌ای از نوسانات فصل مشترک تحلیل می‌شود.
زاویه جریان تحت تأثیر تعدادی پارامتر است: اصطکاک، شکل و انسجام بین ذرات (وندروالس، نیروهای الکترواستاتیک و مویرگی).پودرهای چسبنده منجر به جریان متناوب می شوند، در حالی که پودرهای غیر چسبناک باعث جریان منظم می شوند.مقادیر پایین زاویه جریان αf مربوط به جریان خوب است.یک شاخص چسبندگی دینامیکی نزدیک به صفر مربوط به یک پودر غیر چسبنده است، بنابراین با افزایش چسبندگی پودر، شاخص چسبندگی متناسب با آن افزایش می یابد.
GranuDrum به شما این امکان را می دهد که زاویه اول بهمن و هوادهی پودر را در طول جریان اندازه گیری کنید، همچنین شاخص چسبندگی σf و زاویه جریان αf را بسته به سرعت چرخش اندازه گیری کنید.
اندازه‌گیری‌های چگالی ظاهری، چگالی ضربه و نسبت Hausner GranuPack (همچنین به عنوان تست ضربه زدن شناخته می‌شود) به دلیل سهولت و سرعت اندازه‌گیری، برای مشخصه‌های پودر ایده‌آل هستند.چگالی پودر و توانایی افزایش چگالی آن پارامترهای مهمی در طول ذخیره سازی، حمل و نقل، تجمع و غیره است. روش های توصیه شده در فارماکوپه بیان شده است.
این تست ساده سه اشکال عمده دارد.اندازه گیری بستگی به اپراتور دارد و روش پر کردن بر حجم اولیه پودر تأثیر می گذارد.اندازه گیری حجم کل می تواند منجر به خطاهای جدی در نتایج شود.به دلیل سادگی آزمایش، دینامیک تراکم بین اندازه‌گیری‌های اولیه و نهایی را در نظر نگرفتیم.
رفتار پودر وارد شده به خروجی پیوسته با استفاده از تجهیزات خودکار تجزیه و تحلیل شد.ضریب هازنر Hr، چگالی اولیه ρ(0) و چگالی نهایی ρ(n) را پس از n کلیک به دقت اندازه گیری کنید.
تعداد شیرها معمولاً در n=500 ثابت است.GranuPack یک اندازه گیری تراکم ضربه زدن خودکار و پیشرفته بر اساس تحقیقات دینامیکی اخیر است.
نمایه های دیگری را می توان استفاده کرد، اما در اینجا ارائه نشده اند.پودر از طریق یک فرآیند دقیق اولیه سازی خودکار در یک لوله فلزی قرار می گیرد.برون یابی پارامتر دینامیکی n1/2 و حداکثر چگالی ρ(∞) از منحنی تراکم حذف شده است.
یک استوانه توخالی سبک وزن در بالای بستر پودر قرار می گیرد تا سطح رابط پودر/هوا را در طول فشرده سازی حفظ کند.لوله حاوی نمونه پودر تا ارتفاع ثابت ΔZ بالا می رود و آزادانه در ارتفاعی که معمولاً در ΔZ = 1 میلی متر یا ΔZ = 3 میلی متر ثابت است، سقوط می کند که پس از هر لمس به طور خودکار اندازه گیری می شود.حجم V شمع را از ارتفاع محاسبه کنید.
چگالی نسبت جرم m به حجم لایه پودر V است. جرم پودر m مشخص است، چگالی ρ بعد از هر ضربه اعمال می شود.
ضریب هازنر Hr مربوط به ضریب تراکم است و با معادله Hr = ρ(500) / ρ(0) تحلیل می شود، که ρ(0) چگالی ظاهری اولیه و ρ(500) جریان محاسبه شده پس از 500 سیکل است.شیر تراکم.هنگام استفاده از روش GranuPack، نتایج با استفاده از مقدار کمی پودر (معمولاً 35 میلی لیتر) قابل تکرار هستند.
خواص پودر و خواص ماده ای که دستگاه از آن ساخته شده است پارامترهای کلیدی هستند.در طول جریان، بارهای الکترواستاتیکی در داخل پودر به دلیل اثر تریبوالکتریک ایجاد می شود، که تبادل بار در هنگام تماس دو جامد است.
هنگامی که پودر در داخل دستگاه جریان می یابد، یک اثر تریبوالکتریک در تماس بین ذرات و در تماس بین ذرات و دستگاه رخ می دهد.
پس از تماس با ماده انتخاب شده، GranuCharge به طور خودکار مقدار بار الکترواستاتیک تولید شده در داخل پودر را در طول جریان اندازه گیری می کند.نمونه پودر در داخل لوله V ارتعاشی جریان می یابد و به یک فنجان فارادی متصل به یک الکترومتر می افتد که بار به دست آمده را هنگام حرکت پودر در داخل لوله V اندازه می گیرد.برای نتایج قابل تکرار، از یک دستگاه چرخشی یا ارتعاشی برای تغذیه مکرر لوله های V استفاده کنید.
اثر تریبوالکتریک باعث می شود که یک جسم روی سطح خود الکترون بگیرد و در نتیجه بار منفی پیدا کند، در حالی که جسم دیگر الکترون های خود را از دست می دهد و در نتیجه دارای بار مثبت می شود.برخی از مواد راحت‌تر از سایرین الکترون می‌گیرند و به همین ترتیب، مواد دیگر نیز راحت‌تر الکترون‌های خود را از دست می‌دهند.
اینکه کدام ماده منفی و کدام ماده مثبت می شود به تمایل نسبی مواد درگیر برای به دست آوردن یا از دست دادن الکترون بستگی دارد.برای نشان دادن این روندها، سری تریبوالکتریک نشان داده شده در جدول 1 توسعه داده شد.مواد با روند بار مثبت و سایر مواد با روند بار منفی لیست شده اند و روش های موادی که هیچ روند رفتاری را نشان نمی دهند در وسط جدول ذکر شده اند.
از سوی دیگر، جدول فقط اطلاعاتی در مورد روند رفتار شارژ مواد ارائه می دهد، بنابراین GranuCharge برای ارائه مقادیر عددی دقیق برای رفتار شارژ پودرها ایجاد شده است.
چندین آزمایش برای تجزیه و تحلیل تجزیه حرارتی انجام شد.نمونه ها به مدت یک تا دو ساعت در دمای 200 درجه سانتیگراد قرار گرفتند.سپس پودر بلافاصله با GranuDrum (نام داغ) آنالیز می شود.سپس پودر تا رسیدن به دمای محیط در یک ظرف قرار داده شد و سپس با استفاده از GranuDrum، GranuPack و GranuCharge (یعنی "سرد") آنالیز شد.
نمونه‌های خام با استفاده از GranuPack، GranuDrum و GranuCharge در همان رطوبت/دمای اتاق (یعنی RH 1.5 ± 35.0٪ و دمای 1.0 ± 21.0 درجه سانتی گراد) آنالیز شدند.
شاخص انسجام جریان پذیری پودرها را محاسبه می کند و با تغییرات در موقعیت رابط (پودر/هوا) که تنها سه نیروی تماسی (وندروالس، مویرگی و نیروهای الکترواستاتیکی) است، ارتباط دارد.قبل از آزمایش، رطوبت نسبی هوا (RH،٪)، و دما (درجه سانتی گراد) ثبت شد.سپس پودر داخل درام ریخته شد و آزمایش شروع شد.
ما به این نتیجه رسیدیم که این محصولات در هنگام در نظر گرفتن پارامترهای تیکسوتروپیک به تجمع حساس نیستند.جالب توجه است که تنش حرارتی رفتار رئولوژیکی پودرهای نمونه های A و B را از ضخیم شدن برشی به نازک شدن برشی تغییر داد.از سوی دیگر، نمونه های C و SS 316L تحت تأثیر دما قرار نگرفتند و فقط ضخیم شدن برشی را نشان دادند.هر پودر قابلیت پخش بهتری (یعنی شاخص چسبندگی کمتر) پس از گرم کردن و سرد کردن داشت.
اثر دما نیز به ناحیه خاص ذرات بستگی دارد.هر چه رسانایی حرارتی ماده بیشتر باشد، تأثیر آن بر دما (یعنی ???225°?=250?.?-1.?-1) و ???316? بیشتر است.225°?=19?.?-1.?-1) هرچه ذره کوچکتر باشد، تاثیر دما بیشتر است.پودرهای آلیاژ آلومینیوم به دلیل افزایش قابلیت پخش شدن برای کاربرد در دمای بالا بسیار عالی هستند و حتی نمونه های سرد شده نسبت به پودرهای اصلی جریان پذیری بهتری دارند.
برای هر آزمایش GranuPack، جرم پودر قبل از هر آزمایش ثبت شد و نمونه 500 بار با فرکانس ضربه 1 هرتز با سقوط آزاد 1 میلی متر در سلول اندازه گیری (انرژی ضربه ∝) ضربه خورد.نمونه بر اساس دستورالعمل های نرم افزار مستقل از کاربر در سلول اندازه گیری توزیع می شود.سپس اندازه‌گیری‌ها دو بار برای ارزیابی تکرارپذیری و بررسی میانگین و انحراف معیار تکرار شد.
پس از تکمیل تجزیه و تحلیل GranuPack، چگالی ظاهری اولیه (ρ(0))، چگالی ظاهری نهایی (در چندین ضربه، n = 500، یعنی ρ(500))، نسبت هاوسنر/شاخص کار (Hr/Cr) و دو پارامتر ثبت (n1/2 و τ) مربوط به سینتیک تراکم است.چگالی بهینه ρ(∞) نیز نشان داده شده است (پیوست 1 را ببینید).جدول زیر داده های تجربی را بازسازی می کند.
شکل های 6 و 7 منحنی تراکم کلی (دانسیته ظاهری در مقابل تعداد ضربه ها) و نسبت پارامتر n1/2/Hausner را نشان می دهند.نوارهای خطا محاسبه شده با استفاده از میانگین در هر منحنی نشان داده شده است و انحرافات استاندارد با آزمایش تکرارپذیری محاسبه شدند.
محصول فولاد ضد زنگ 316L سنگین ترین محصول بود (ρ(0) = 4.554 گرم در میلی لیتر).از نظر چگالی ضربه، SS 316L سنگین‌ترین پودر باقی می‌ماند (ρ(n) = 5.044 گرم در میلی‌لیتر، پس از آن نمونه A (ρ(n) = 1.668 گرم در میلی‌لیتر)، و پس از آن نمونه B (ρ(n) = 1.668 گرم در میلی‌لیتر)./ml) (n) = 1.645 گرم در میلی لیتر).نمونه C کمترین مقدار را داشت (ρ(n) = 1.581 g/mL).با توجه به جرم ظاهری پودر اولیه، می بینیم که نمونه A سبک ترین است و با در نظر گرفتن خطاها (1.380 گرم در میلی لیتر)، نمونه های B و C تقریباً دارای یک مقدار هستند.
همانطور که پودر گرم می شود، نسبت هازنر آن کاهش می یابد و این فقط در نمونه های B، C و SS 316L رخ می دهد.برای نمونه A به دلیل اندازه نوارهای خطا امکان اجرا وجود نداشت.برای n1/2، خط کشی روند پارامتریک پیچیده تر است.برای نمونه A و SS 316L، مقدار n1/2 پس از 2 ساعت در 200 درجه سانتیگراد کاهش یافت، در حالی که برای پودرهای B و C پس از بارگذاری حرارتی افزایش یافت.
برای هر آزمایش GranuCharge از یک فیدر ارتعاشی استفاده شد (شکل 8 را ببینید).از لوله های فولادی ضد زنگ 316L استفاده کنید.اندازه‌گیری‌ها 3 بار برای ارزیابی تکرارپذیری تکرار شد.وزن محصول مورد استفاده برای هر اندازه گیری تقریباً 40 میلی لیتر بود و پس از اندازه گیری هیچ پودری بازیابی نشد.
قبل از آزمایش، وزن پودر (mp, g)، رطوبت نسبی هوا (RH، %) و دما (°C) ثبت شد.در شروع آزمایش، چگالی بار پودر اولیه (q0 بر حسب μC/kg) با قرار دادن پودر در فنجان فارادی اندازه‌گیری شد.در نهایت، جرم پودر ثابت شد و چگالی بار نهایی (qf, μC/kg) و Δq (Δq = qf – q0) در پایان آزمایش محاسبه شد.
داده های خام GranuCharge در جدول 2 و شکل 9 نشان داده شده است (σ انحراف معیار محاسبه شده از نتایج آزمایش تکرارپذیری است)، و نتایج به صورت هیستوگرام نشان داده شده است (فقط q0 و Δq نشان داده شده است).SS 316L کمترین شارژ اولیه را دارد.این ممکن است به این دلیل باشد که این محصول دارای بالاترین PSD است.وقتی صحبت از بارگیری اولیه پودر آلیاژ آلومینیوم اولیه می شود، به دلیل اندازه خطاها نمی توان نتیجه گیری کرد.
پس از تماس با لوله فولادی ضد زنگ 316L، نمونه A کمترین میزان بار را دریافت کرد، در حالی که پودرهای B و C روند مشابهی را نشان دادند، اگر پودر SS 316L بر روی SS 316L مالیده شود، چگالی بار نزدیک به 0 پیدا شد (به سری تریبوالکتریک مراجعه کنید).بارگیری محصول B هنوز بیشتر از A است. برای نمونه C، روند ادامه دارد (شارژ اولیه مثبت و شارژ نهایی پس از نشتی)، اما تعداد شارژها پس از تخریب حرارتی افزایش می‌یابد.
پس از 2 ساعت تنش حرارتی در دمای 200 درجه سانتی گراد، رفتار پودر بسیار جالب می شود.در نمونه های A و B، بار اولیه کاهش یافت و بار نهایی از منفی به مثبت تغییر کرد.پودر SS 316L بالاترین بار اولیه را داشت و تغییر چگالی بار آن مثبت شد اما کم ماند (یعنی 0.033 nC/g).
ما اثر تخریب حرارتی را بر رفتار ترکیبی آلیاژ آلومینیوم (AlSi10Mg) و پودرهای فولاد ضد زنگ 316L بررسی کردیم، در حالی که پودرهای اصلی پس از 2 ساعت در دمای 200 درجه سانتی گراد در هوا تجزیه و تحلیل شدند.
استفاده از پودرها در دماهای بالا می تواند جریان پذیری محصول را بهبود بخشد، اثری که به نظر می رسد برای پودرهایی با سطح ویژه بالا و مواد با رسانایی حرارتی بالا مهمتر باشد.GranuDrum برای ارزیابی جریان، GranuPack برای تجزیه و تحلیل بسته بندی دینامیکی و GranuCharge برای تجزیه و تحلیل تریبوالکتریکی پودر در تماس با لوله فولادی ضد زنگ 316 استفاده شد.
این نتایج با استفاده از GranuPack تعیین شد که نشان دهنده بهبود ضریب هازنر برای هر پودر (به استثنای نمونه A، به دلیل اندازه خطاها) پس از فرآیند تنش حرارتی بود.هیچ روند واضحی برای پارامتر بسته بندی (n1/2) یافت نشد زیرا برخی از محصولات افزایش سرعت بسته بندی را نشان دادند در حالی که برخی دیگر اثر متضاد داشتند (مانند نمونه های B و C).