Käytämme evästeitä parantaaksemme käyttökokemustasi.Jatkamalla tämän sivuston selaamista hyväksyt evästeiden käytön.Lisäinformaatio.
Additiivisen valmistuksen (AM) avulla luodaan 3D-objekteja, yksi ultraohut kerros kerrallaan, mikä tekee siitä perinteistä käsittelyä kalliimpaa.Kuitenkin vain pieni osa jauheesta hitsataan komponenttiin kokoonpanoprosessin aikana.Loput eivät sulaudu, joten ne voidaan käyttää uudelleen.Sen sijaan, jos esine on luotu klassisella tavalla, se vaatii yleensä jyrsimistä ja koneistusta materiaalin poistamiseksi.
Jauheen ominaisuudet määräävät koneen parametrit, ja ne on otettava huomioon ensisijaisesti.AM:n hinta ei olisi taloudellinen, koska sulamaton jauhe on saastunutta eikä sitä voida kierrättää.Jauheen hajoamisesta seuraa kaksi ilmiötä: tuotteen kemiallinen modifikaatio ja muutokset mekaanisissa ominaisuuksissa, kuten morfologiassa ja hiukkaskokojakaumassa.
Ensimmäisessä tapauksessa päätehtävänä on luoda kiinteitä rakenteita, jotka sisältävät puhtaita seoksia, joten meidän on vältettävä jauheen saastumista esimerkiksi oksideilla tai nitrideillä.Jälkimmäisessä ilmiössä nämä parametrit liittyvät juoksevuuteen ja levittävyyteen.Siksi kaikki muutokset jauheen ominaisuuksissa voivat johtaa tuotteen epätasaiseen jakautumiseen.
Viimeaikaisten julkaisujen tiedot osoittavat, että klassiset virtausmittarit eivät pysty antamaan riittävää tietoa jauheen jakautumisesta AM:ssa jauhepedin perusteella.Mitä tulee raaka-aineen (tai jauheen) karakterisointiin, markkinoilla on useita relevantteja mittausmenetelmiä, jotka voivat täyttää tämän vaatimuksen.Jännitystilan ja jauheen virtauskentän tulee olla samat mittausasetuksissa ja prosessissa.Puristuskuormitukset eivät ole yhteensopivia leikkausmittareiden ja klassisten reometrien IM-laitteissa käytetyn vapaan pintavirtauksen kanssa.
GranuTools on kehittänyt työnkulun AM-jauheen karakterisointiin.Päätavoitteemme on varustaa jokainen geometria tarkalla prosessisimulaatiotyökalulla, ja tätä työnkulkua käytetään jauheen laadun kehityksen ymmärtämiseen ja seuraamiseen erilaisissa painoprosesseissa.Useita vakioalumiiniseoksia (AlSi10Mg) valittiin eri pituisille lämpökuormituksille (100 - 200 °C).
Lämpöhajoamista voidaan hallita analysoimalla jauheen kykyä kerätä sähkövarausta.Jauheista analysoitiin juoksevuus (GranuDrum-laite), pakkauskinetiikka (GranuPack-laite) ja sähköstaattinen käyttäytyminen (GranuCharge-laite).Koheesio- ja pakkauskinetiikan mittaukset sopivat jauheen laadun seurantaan.
Helposti levitettävillä jauheilla on alhainen koheesioindeksi, kun taas jauheet, joilla on nopea täyttödynamiikka, tuottavat mekaanisia osia, joiden huokoisuus on pienempi kuin vaikeammin täytettävissä tuotteissa.
Useiden kuukausien varastoinnin jälkeen laboratoriossamme valittiin kolme alumiiniseosjauhetta, joilla on eri hiukkaskokojakautuma (AlSi10Mg) ja yksi 316L ruostumaton teräsnäyte, joita kutsutaan tässä näytteeksi A, B ja C. Näytteiden ominaisuudet voivat poiketa muista valmistajista.Näytteen hiukkaskokojakauma mitattiin laserdiffraktioanalyysillä/ISO 13320.
Koska ne ohjaavat koneen parametreja, jauheen ominaisuudet on otettava huomioon ensin, ja jos sulamattomat jauheet katsotaan saastuneiksi ja kierrätyskelvottomiksi, ei lisäainevalmistus ole niin taloudellista kuin toivoisi.Siksi tutkitaan kolmea parametria: jauheen virtaus, pakkausdynamiikka ja sähköstaattinen ominaisuus.
Levitettävyys liittyy jauhekerroksen tasaisuuteen ja "silevyyteen" uudelleenpinnoituksen jälkeen.Tämä on erittäin tärkeää, koska sileät pinnat on helpompi tulostaa ja niitä voidaan tutkia GranuDrum-työkalulla adheesioindeksimittauksella.
Koska huokoset ovat materiaalin heikkoja kohtia, ne voivat aiheuttaa halkeamia.Täyttödynamiikka on toinen avainparametri, koska nopeasti täytettävät jauheet tarjoavat alhaisen huokoisuuden.Tämä käyttäytyminen mitataan GranuPackilla, jonka arvo on n1/2.
Sähkövarausten läsnäolo jauheessa luo koheesiovoimia, jotka johtavat agglomeraattien muodostumiseen.GranuCharge mittaa jauheiden kykyä synnyttää sähköstaattista varausta, kun ne ovat kosketuksissa valittujen materiaalien kanssa virtauksen aikana.
Käsittelyn aikana GranuCharge voi ennustaa virtauksen heikkenemistä esimerkiksi muodostettaessa kerrosta AM:iin.Siten saadut mittaukset ovat erittäin herkkiä raepinnan tilaan (hapettuminen, kontaminaatio ja karheus).Talteenotetun jauheen ikääntyminen voidaan sitten määrittää tarkasti (±0,5 nC).
GranuDrum on ohjelmoitu jauhevirtauksen mittausmenetelmä, joka perustuu pyörivän rummun periaatteeseen.Puolet jauhenäytteestä on vaakasuorassa sylinterissä, jossa on läpinäkyvät sivuseinämät.Rumpu pyörii akselinsa ympäri kulmanopeudella 2-60 rpm, ja CCD-kamera ottaa kuvia (30-100 kuvaa 1 sekunnin välein).Ilma/jauhe-rajapinta tunnistetaan jokaisessa kuvassa reunantunnistusalgoritmin avulla.
Laske rajapinnan keskimääräinen sijainti ja värähtelyt tämän keskimääräisen sijainnin ympärillä.Kullekin pyörimisnopeudelle virtauskulma (tai "dynaaminen lepokulma") αf lasketaan keskimääräisestä rajapinnan sijainnista, ja jyvien väliseen sidokseen liittyvä dynaaminen koheesiotekijä σf analysoidaan rajapinnan vaihteluista.
Virtauskulmaan vaikuttavat useat parametrit: kitka, muoto ja hiukkasten välinen koheesio (van der Waals, sähköstaattiset ja kapillaarivoimat).Kohesiiviset jauheet johtavat ajoittaiseen virtaukseen, kun taas ei-viskoosiset jauheet johtavat säännölliseen virtaukseen.Virtauskulman αf pienet arvot vastaavat hyvää virtausta.Nollaa lähellä oleva dynaaminen adheesioindeksi vastaa ei-kohesiivista jauhetta, joten jauheen tarttuvuuden kasvaessa adheesioindeksi kasvaa vastaavasti.
GranuDrumin avulla voit mitata lumivyöryn ensimmäisen kulman ja jauheen ilmastuksen virtauksen aikana sekä mitata adheesioindeksin σf ja virtauskulman αf pyörimisnopeudesta riippuen.
GranuPackin irtotiheys-, koputustiheys- ja Hausner-suhdemittaukset (tunnetaan myös "kierteitystikeinä") ovat ihanteellisia jauheiden karakterisointiin niiden helppouden ja nopeuden ansiosta.Jauheen tiheys ja kyky lisätä sen tiheyttä ovat tärkeitä parametreja varastoinnin, kuljetuksen, agglomeroinnin jne. aikana. Suositellut menettelyt on kuvattu farmakopeassa.
Tällä yksinkertaisella testillä on kolme suurta haittaa.Mittaus riippuu käyttäjästä ja täyttötapa vaikuttaa jauheen alkutilavuuteen.Kokonaismäärän mittaaminen voi johtaa vakaviin virheisiin tuloksissa.Kokeen yksinkertaisuuden vuoksi emme huomioineet tiivistymisdynamiikkaa alku- ja loppumittausten välillä.
Jatkuvaan poistoaukkoon syötetyn jauheen käyttäytyminen analysoitiin automaattisella laitteistolla.Mittaa tarkasti Hausner-kerroin Hr, alkutiheys ρ(0) ja lopullinen tiheys ρ(n) n napsautuksen jälkeen.
Tapausten lukumäärä on yleensä kiinteä n=500.GranuPack on automatisoitu ja edistynyt laskutiheyden mittaus, joka perustuu viimeaikaiseen dynaamiseen tutkimukseen.
Muita indeksejä voidaan käyttää, mutta niitä ei ole täällä.Jauhe asetetaan metalliputkeen tiukan automatisoidun alustusprosessin kautta.Dynaamisen parametrin n1/2 ja maksimitiheyden ρ(∞) ekstrapolointi on poistettu tiivistymiskäyrästä.
Jauhepedin päällä on kevyt ontto sylinteri, joka pitää jauhe-ilmarajapinnan tasaisena tiivistyksen aikana.Jauhenäytteen sisältävä putki nousee kiinteään korkeuteen ΔZ ja putoaa vapaasti korkeudelle, joka yleensä on kiinteä ΔZ = 1 mm tai ΔZ = 3 mm, joka mitataan automaattisesti jokaisen kosketuksen jälkeen.Laske paalun tilavuus V korkeudesta.
Tiheys on massan m suhde jauhekerroksen V tilavuuteen. Jauheen massa m tunnetaan, tiheys ρ asetetaan jokaisen iskun jälkeen.
Hausner-kerroin Hr liittyy tiivistyskertoimeen ja analysoidaan yhtälöllä Hr = ρ(500) / ρ(0), jossa ρ(0) on alkuperäinen bulkkitiheys ja ρ(500) on laskettu virtaus 500 syklin jälkeen.Tiheyshana.GranuPack-menetelmää käytettäessä tulokset ovat toistettavissa pienellä määrällä jauhetta (yleensä 35 ml).
Avainparametreja ovat jauheen ominaisuudet ja materiaalin ominaisuudet, josta laite on valmistettu.Virtauksen aikana jauheen sisällä syntyy sähköstaattisia varauksia tribosähköisestä vaikutuksesta, eli varausten vaihdosta kahden kiinteän aineen joutuessa kosketuksiin.
Kun jauhe virtaa laitteen sisällä, hiukkasten välisessä kosketuksessa sekä hiukkasten ja laitteen välisessä kosketuksessa syntyy tribosähköinen vaikutus.
Joutuessaan kosketuksiin valitun materiaalin kanssa GranuCharge mittaa automaattisesti jauheen sisällä virtauksen aikana syntyneen sähköstaattisen varauksen määrän.Jauhenäyte virtaa värähtelevän V-putken sisällä ja putoaa Faraday-kuppiin, joka on yhdistetty elektrometriin, joka mittaa varauksen, joka saadaan jauheen liikkuessa V-putken sisällä.Toistettavia tuloksia varten syötä V-putkia usein pyörivällä tai tärisevällä laitteella.
Tribosähköinen vaikutus saa yhden esineen saamaan elektroneja pinnalle ja siten varautumaan negatiivisesti, kun taas toinen esine menettää elektroneja ja siten varautuu positiivisesti.Jotkut materiaalit saavat elektroneja helpommin kuin toiset, ja vastaavasti toiset materiaalit menettävät elektroneja helpommin.
Mikä materiaali tulee negatiiviseksi ja mikä positiiviseksi, riippuu mukana olevien materiaalien suhteellisesta taipumuksesta saada tai menettää elektroneja.Näiden suuntausten edustamiseksi kehitettiin taulukossa 1 esitetty tribosähköinen sarja.Materiaalit, joilla on positiivinen varaustrendi ja muut negatiivisen varaustrendin omaavat materiaalit, on listattu ja materiaalimenetelmät, jotka eivät osoita käyttäytymistrendiä, on listattu taulukon keskelle.
Toisaalta taulukko tarjoaa vain tietoa materiaalien latauskäyttäytymisen trendeistä, joten GranuCharge luotiin antamaan tarkkoja numeerisia arvoja jauheiden latauskäyttäytymiselle.
Useita kokeita suoritettiin lämpöhajoamisen analysoimiseksi.Näytteet asetettiin 200 °C:seen yhdestä kahdeksi tunniksi.Jauhe analysoidaan sitten välittömästi GranuDrumilla (kuuma nimi).Jauhe laitettiin sitten säiliöön, kunnes se saavutti ympäristön lämpötilan, ja analysoitiin sitten GranuDrumilla, GranuPackilla ja GranuChargella (eli "kylmä").
Raakanäytteet analysoitiin GranuPackilla, GranuDrumilla ja GranuChargella samassa huoneen kosteudessa/lämpötilassa (eli 35,0 ± 1,5 % RH ja 21,0 ± 1,0 °C lämpötila).
Koheesioindeksi laskee jauheiden juoksevuuden ja korreloi rajapinnan (jauhe/ilma) sijainnin muutoksiin, mikä on vain kolme kosketusvoimaa (van der Waals, kapillaari- ja sähköstaattiset voimat).Ennen koetta mitattiin ilman suhteellinen kosteus (RH, %) ja lämpötila (°C).Sitten jauhe kaadettiin rumpuun ja koe alkoi.
Päätimme, että nämä tuotteet eivät ole alttiita agglomeroitumiselle, kun otetaan huomioon tiksotrooppiset parametrit.Mielenkiintoista on, että lämpöjännitys muutti näytteiden A ja B jauheiden reologista käyttäytymistä leikkauspakenemisesta leikkausohenemiseen.Toisaalta lämpötila ei vaikuttanut näytteisiin C ja SS 316L, ja ne osoittivat vain leikkauspaksumista.Jokaisella jauheella oli parempi levitettävyys (eli pienempi koheesioindeksi) kuumennuksen ja jäähdytyksen jälkeen.
Lämpötilavaikutus riippuu myös hiukkasten tietystä alueesta.Mitä korkeampi materiaalin lämmönjohtavuus on, sitä suurempi vaikutus lämpötilaan (eli ???225°?=250?.?-1.?-1) ja ???316?.225°?=19?.?-1.?-1) Mitä pienempi hiukkanen, sitä suurempi lämpötilan vaikutus.Alumiiniseosjauheet sopivat erinomaisesti korkean lämpötilan sovelluksiin lisääntyneen levitettävyyden ansiosta, ja jopa jäähdytetyillä näytteillä saavutetaan parempi juoksevuus kuin alkuperäisillä jauheilla.
Jokaisessa GranuPack-kokeessa jauheen massa rekisteröitiin ennen jokaista koetta ja näytettä lyötiin 500 kertaa iskutaajuudella 1 Hz 1 mm:n vapaalla pudotuksella mittauskennossa (iskuenergia ∝).Näyte annostellaan mittauskennoon käyttäjäriippumattomien ohjelmistoohjeiden mukaisesti.Sitten mittaukset toistettiin kahdesti toistettavuuden arvioimiseksi ja tutkittiin keskimääräinen ja keskihajonna.
Kun GranuPack-analyysi on valmis, alkuperäinen irtotiheys (ρ(0)), lopullinen irtotiheys (useita kosketuksia, n = 500, eli ρ(500)), Hausner-suhde/Carr-indeksi (Hr/Cr) ja kaksi tiivistyskinetiikkaan liittyvää rekisteröintiparametria (n1/2 ja τ).Myös optimaalinen tiheys ρ(∞) esitetään (katso liite 1).Alla oleva taulukko järjestää uudelleen kokeelliset tiedot.
Kuvat 6 ja 7 esittävät kokonaistiivistymiskäyrän (bulkkitiheys vs. iskujen lukumäärä) ja n1/2/Hausner-parametrisuhteen.Virhepalkit, jotka on laskettu käyttämällä keskiarvoa, on esitetty jokaisessa käyrässä, ja standardipoikkeamat laskettiin toistettavuustestauksella.
316 litran ruostumaton terästuote oli raskain tuote (ρ(0) = 4,554 g/ml).Koputustiheydellä mitattuna SS 316L on edelleen raskain jauhe (ρ(n) = 5,044 g/ml), jota seuraa näyte A (ρ(n) = 1,668 g/ml), jota seuraa näyte B (ρ(n) = 1,668 g/ml)./ml) (n) = 1,645 g/ml).Näyte C oli pienin (ρ(n) = 1,581 g/ml).Alkujauheen bulkkitiheyden mukaan näemme, että näyte A on kevyin, ja virheet (1,380 g/ml) huomioiden näytteillä B ja C on suunnilleen sama arvo.
Kun jauhetta kuumennetaan, sen Hausner-suhde pienenee, ja tämä tapahtuu vain näytteillä B, C ja SS 316L.Näytteen A suorittaminen ei ollut mahdollista virhepalkkien koon vuoksi.Arvolla n1/2 parametrinen trendin alleviivaus on monimutkaisempi.Näytteillä A ja SS 316L n1/2-arvo laski 2 tunnin jälkeen 200°C:ssa, kun taas jauheilla B ja C se nousi lämpökuormituksen jälkeen.
Jokaisessa GranuCharge-kokeessa käytettiin tärisevää syöttölaitetta (katso kuva 8).Käytä 316L ruostumatonta teräsletkua.Mittaukset toistettiin 3 kertaa toistettavuuden arvioimiseksi.Kussakin mittauksessa käytetyn tuotteen paino oli noin 40 ml, eikä jauhetta saatu talteen mittauksen jälkeen.
Ennen koetta rekisteröitiin jauheen paino (mp, g), ilman suhteellinen kosteus (RH, %) ja lämpötila (°C).Testin alussa primaarisen jauheen varaustiheys (q0 uC/kg) mitattiin asettamalla jauhe Faraday-kuppiin.Lopuksi jauhemassa kiinnitettiin ja lopullinen varaustiheys (qf, µC/kg) ja Δq (Δq = qf – q0) laskettiin kokeen lopussa.
GranuCharge-raakatiedot on esitetty taulukossa 2 ja kuvassa 9 (σ on toistettavuustestin tuloksista laskettu standardipoikkeama), ja tulokset esitetään histogrammina (vain q0 ja Δq näytetään).SS 316L:llä on alhaisin alkulataus;tämä voi johtua siitä, että tällä tuotteella on korkein PSD.Mitä tulee primäärialumiiniseosjauheen alkulataukseen, virheiden suuruuden vuoksi ei voida tehdä johtopäätöksiä.
Kosketuksen jälkeen 316L ruostumattomaan teräsputkeen näyte A sai vähiten varausta, kun taas jauheet B ja C osoittivat samansuuntaista kehitystä, jos SS 316L -jauhetta hierottiin SS 316L:ää vasten, havaittiin varaustiheys lähellä 0 (katso triboelectric-sarja).Tuote B on edelleen varautunut enemmän kuin A. Näytteen C kohdalla trendi jatkuu (positiivinen alkuvaraus ja loppuvaraus vuodon jälkeen), mutta varausten määrä kasvaa lämpöhajoamisen jälkeen.
2 tunnin lämpöjännityksen jälkeen 200 °C:ssa jauheen käyttäytyminen muuttuu erittäin mielenkiintoiseksi.Näytteissä A ja B alkuvaraus pieneni ja lopullinen varaus siirtyi negatiivisesta positiiviseksi.SS 316L -jauheella oli suurin alkuvaraus ja sen varaustiheyden muutos tuli positiiviseksi, mutta pysyi alhaisena (eli 0,033 nC/g).
Tutkimme lämpöhajoamisen vaikutusta alumiiniseoksen (AlSi10Mg) ja 316L ruostumattoman teräksen jauheiden yhteiskäyttäytymiseen, kun taas alkuperäiset jauheet analysoitiin 2 tunnin jälkeen 200°C:ssa ilmassa.
Jauheiden käyttö korkeissa lämpötiloissa voi parantaa tuotteen juoksevuutta, mikä näyttää olevan tärkeämpi jauheille, joilla on suuri ominaispinta-ala ja materiaaleille, joilla on korkea lämmönjohtavuus.GranuDrumia käytettiin virtauksen arvioimiseen, GranuPackia käytettiin dynaamiseen pakkausanalyysiin ja GranuChargea käytettiin analysoimaan 316 litran ruostumattoman teräsputken kanssa kosketuksissa olevan jauheen tribosähköisyyttä.
Nämä tulokset määritettiin GranuPackilla, joka osoitti parannusta Hausner-kertoimessa jokaiselle jauheelle (lukuun ottamatta näytettä A, johtuen virheiden koosta) lämpöjännitysprosessin jälkeen.Pakkausparametrille (n1/2) ei havaittu selkeää suuntausta, koska joissakin tuotteissa pakkausnopeus nousi, kun taas toisten vaikutus oli vastakkainen (esim. näytteet B ja C).