Wy brûke cookies om jo ûnderfining te ferbetterjen. Troch troch te gean mei it blêdzjen fan dizze side, geane jo akkoard mei ús gebrûk fan cookies. Oanfoljende ynformaasje.
Additive manufacturing (AM) omfettet it meitsjen fan 3D-objekten, ien ultradunne laach tagelyk, wêrtroch it djoerder is as tradisjonele ferwurking. Lykwols wurdt mar in lyts diel fan it poeier oan it ûnderdiel laske tidens it gearstallingsproses. De rest fusearret net, sadat se opnij brûkt wurde kinne. As it objekt lykwols op 'e klassike manier makke wurdt, is it meastentiids frezen en masinearjen nedich om materiaal te ferwiderjen.
De eigenskippen fan it poeier bepale de parameters fan 'e masine en moatte yn it foarste plak yn rekken brocht wurde. De kosten fan AM soene net ekonomysk wêze, om't it net-smelte poeier fersmoarge is en net recycleber is. Degradaasje fan poeier resulteart yn twa ferskynsels: gemyske modifikaasje fan it produkt en feroaringen yn meganyske eigenskippen lykas morfology en dieltsjegrutteferdieling.
Yn it earste gefal is de wichtichste taak om fêste struktueren te meitsjen dy't suvere legearingen befetsje, dus wy moatte fersmoarging fan it poeier foarkomme, bygelyks mei oksiden of nitriden. Yn it lêste ferskynsel binne dizze parameters ferbûn mei floeiberens en ferspriedberens. Dêrom kin elke feroaring yn 'e eigenskippen fan it poeier liede ta in net-unifoarme ferdieling fan it produkt.
Gegevens út resinte publikaasjes jouwe oan dat klassike streammeters gjin foldwaande ynformaasje kinne jaan oer de ferdieling fan poeier yn AM basearre op it poeierbêd. Oangeande de karakterisaasje fan 'e grûnstof (of poeier), binne d'r ferskate relevante mjitmetoaden op 'e merk dy't oan dizze eask kinne foldwaan. De spanningssteat en it poeierstreamfjild moatte itselde wêze yn 'e mjitopstelling en yn it proses. De oanwêzigens fan kompresjelesten is net kompatibel mei de frije oerflakstream dy't brûkt wurdt yn IM-apparaten yn skuortesters en klassike rheometers.
GranuTools hat in workflow ûntwikkele foar it karakterisearjen fan AM-poeier. Us haaddoel is om elke geometry út te rusten mei in krekte prosessimulaasjetool, en dizze workflow wurdt brûkt om de evolúsje fan poeierkwaliteit yn ferskate printprosessen te begripen en te folgjen. Ferskate standert aluminiumlegeringen (AlSi10Mg) waarden selektearre foar ferskillende doer by ferskillende termyske lesten (fan 100 oant 200 °C).
Termyske degradaasje kin kontroleare wurde troch it analysearjen fan it fermogen fan it poeier om in elektryske lading op te bouwen. De poeiers waarden analysearre op streamberens (GranuDrum-ynstrumint), pakkinetika (GranuPack-ynstrumint) en elektrostatysk gedrach (GranuCharge-ynstrumint). Mjittingen fan kohesje en pakkinetika binne geskikt foar it folgjen fan de kwaliteit fan it poeier.
Poeders dy't maklik oan te bringen binne sille lege kohesje-yndeksen sjen litte, wylst poeders mei rappe foldynamika meganyske ûnderdielen mei legere porositeit sille produsearje yn ferliking mei produkten dy't dreger te foljen binne.
Nei ferskate moannen opslach yn ús laboratoarium waarden trije aluminiumlegearingpoeders mei ferskillende dieltsjegrutteferdielingen (AlSi10Mg) en ien 316L roestfrij stielmonster selektearre, hjir oantsjutten as samples A, B en C. De eigenskippen fan 'e samples kinne ferskille fan oare fabrikanten. De dieltsjegrutteferdieling fan 'e samples waard metten troch laserdiffraksje-analyze/ISO 13320.
Omdat se de parameters fan 'e masine kontrolearje, moatte de eigenskippen fan it poeier earst beskôge wurde, en as net-smelte poeiers as fersmoarge en net-recycleber beskôge wurde, dan is additive manufacturing net sa ekonomysk as men miskien hoopje soe. Dêrom sille trije parameters ûndersocht wurde: poeierstream, pakkingsdynamika en elektrostatika.
Spreidberens is relatearre oan de uniformiteit en "glêdens" fan 'e poeierlaach nei it opnij oanbringen. Dit is tige wichtich, om't glêde oerflakken makliker te printsjen binne en ûndersocht wurde kinne mei de GranuDrum-ark mei adhesion-yndeksmjitting.
Omdat poaren swakke punten yn in materiaal binne, kinne se liede ta skuorren. Filldynamika is de twadde wichtige parameter, om't fluch foljende poeders in lege porositeit leverje. Dit gedrach wurdt metten mei GranuPack mei in wearde fan n1/2.
De oanwêzigens fan elektryske ladingen yn it poeier skept kohesive krêften dy't liede ta de foarming fan agglomeraten. GranuCharge mjit it fermogen fan poeiers om in elektrostatyske lading te generearjen as se yn kontakt binne mei selekteare materialen tidens stream.
Tidens de ferwurking kin GranuCharge de ferswakking fan 'e stream foarsizze, bygelyks by it foarmjen fan in laach yn AM. Sa binne de krigen mjittingen tige gefoelich foar de steat fan it nôtoerflak (oksidaasje, fersmoarging en rûchheid). De ferâldering fan it weromwûne poeier kin dan sekuer kwantifisearre wurde (±0,5 nC).
De GranuDrum is in programmearre metoade foar it mjitten fan poeierstream basearre op it prinsipe fan rotearjende trommel. De helte fan it poeiermonster sit yn in horizontale silinder mei transparante sydwanden. De trommel draait om syn as mei in hoeksnelheid fan 2 oant 60 toeren per minuut, en de CCD-kamera makket foto's (fan 30 oant 100 ôfbyldings mei yntervallen fan 1 sekonde). De loft/poeier-ynterface wurdt op elke ôfbylding identifisearre mei in rânedeteksjealgoritme.
Berekenje de gemiddelde posysje fan 'e ynterface en de oscillaasjes om dizze gemiddelde posysje hinne. Foar elke rotaasjesnelheid wurdt de streamhoeke (of "dynamyske rêsthoeke") αf berekkene út 'e gemiddelde ynterfaceposysje, en de dynamyske kohesjefaktor σf dy't assosjeare wurdt mei yntergrainbining wurdt analysearre út ynterfacefluktuaasjes.
De streamhoeke wurdt beynfloede troch in oantal parameters: wriuwing, foarm en kohesje tusken dieltsjes (van der Waals, elektrostatyske en kapillêre krêften). Kohesive poeiers resultearje yn yntermitterende stream, wylst net-viskeuze poeiers resultearje yn in regelmjittige stream. Lege wearden fan 'e streamhoeke αf komme oerien mei in goede stream. In dynamyske adhesion-yndeks tichtby nul komt oerien mei in net-kohesyf poeier, dus as de adhesion fan it poeier tanimt, nimt de adhesion-yndeks dêrop ta.
Mei GranuDrum kinne jo de earste hoeke fan 'e lawine en de beluchting fan it poeier tidens de stream mjitte, lykas de adhesion-yndeks σf en de streamhoeke αf mjitte ôfhinklik fan 'e rotaasjesnelheid.
De mjittingen fan 'e bulkdichtheid, tapdichtheid en Hausner-ferhâlding fan 'e GranuPack (ek wol bekend as "taptesten") binne ideaal foar it karakterisearjen fan poeier fanwegen har gemak en snelheid fan mjitting. De tichtheid fan it poeier en de mooglikheid om de tichtheid te ferheegjen binne wichtige parameters tidens opslach, ferfier, agglomeraasje, ensfh. Oanrikkemandearre prosedueres wurde beskreaun yn 'e Farmakopee.
Dizze ienfâldige test hat trije grutte neidielen. De mjitting hinget ôf fan 'e operator, en de metoade fan foljen beynfloedet it earste folume fan it poeier. It mjitten fan it totale folume kin liede ta serieuze flaters yn 'e resultaten. Fanwegen de ienfâld fan it eksperimint hawwe wy gjin rekken hâlden mei de komprimaasjedynamyk tusken de earste en definitive mjittingen.
It gedrach fan it poeier dat yn 'e trochgeande útfier fiede waard, waard analysearre mei automatisearre apparatuer. Mjit de Hausner-koëffisjint Hr, de begjintichtens ρ(0) en de eintichtens ρ(n) sekuer nei n klikken.
It oantal tikken wurdt meastal fêststeld op n=500. De GranuPack is in automatisearre en avansearre tikkingstichtensmjitting basearre op resint dynamysk ûndersyk.
Oare yndeksen kinne brûkt wurde, mar dy wurde hjir net jûn. It poeier wurdt yn in metalen buis pleatst fia in strang automatisearre inisjalisaasjeproses. De ekstrapolaasje fan 'e dynamyske parameter n1/2 en de maksimale tichtheid ρ(∞) is fuorthelle út 'e komprimearringskromme.
In lichtgewicht holle silinder sit boppe op it poeierbêd om de poeier/loft-ynterface lyk te hâlden tidens it komprimearjen. De buis mei it poeiermonster komt omheech nei in fêste hichte ΔZ en falt frij del op in hichte dy't meastentiids fêst is op ΔZ = 1 mm of ΔZ = 3 mm, dy't automatysk nei elke oanrekking metten wurdt. Bereken it folume V fan 'e stapel út 'e hichte.
Dichtheid is de ferhâlding fan 'e massa m ta it folume fan 'e poeierlaach V. De massa fan it poeier m is bekend, de tichtheid ρ wurdt nei elke ynfloed tapast.
De Hausner-koëffisjint Hr is relatearre oan de komprimaasjefaktor en wurdt analysearre troch de fergeliking Hr = ρ(500) / ρ(0), wêrby't ρ(0) de earste bulkdichtheid is en ρ(500) de berekkene stream nei 500 syklusen. Dichtheidstap. By it brûken fan de GranuPack-metoade binne resultaten reprodusearber mei in lytse hoemannichte poeier (meastal 35 ml).
De eigenskippen fan it poeier en de eigenskippen fan it materiaal wêrfan it apparaat makke is, binne wichtige parameters. Tidens de stream wurde elektrostatyske ladingen generearre yn it poeier fanwegen it triboelektryske effekt, dat is de útwikseling fan ladingen as twa fêste stoffen yn kontakt komme.
As it poeier yn it apparaat streamt, ûntstiet in triboelektrysk effekt by it kontakt tusken de dieltsjes en by it kontakt tusken de dieltsjes en it apparaat.
By kontakt mei it selektearre materiaal mjit de GranuCharge automatysk de hoemannichte elektrostatyske lading dy't yn it poeier generearre wurdt tidens de stream. It poeiermonster streamt yn 'e triljende V-buis en falt yn in Faraday-beker dy't ferbûn is mei in elektrometer dy't de lading mjit dy't ûntsteane as it poeier yn 'e V-buis beweecht. Brûk foar reprodusearbere resultaten in rotearjend of triljend apparaat om V-buizen faak te fieden.
It triboelektryske effekt soarget derfoar dat ien objekt elektroanen op syn oerflak krijt en sa negatyf laden wurdt, wylst in oar objekt elektroanen ferliest en sa posityf laden wurdt. Guon materialen krije makliker elektroanen as oaren, en op deselde wize ferlieze oare materialen makliker elektroanen.
Hokker materiaal negatyf wurdt en hokker posityf wurdt hinget ôf fan 'e relative oanstriid fan 'e belutsen materialen om elektroanen op te nimmen of te ferliezen. Om dizze trends te fertsjintwurdigjen, is de triboelektryske searje dy't werjûn wurdt yn Tabel 1 ûntwikkele. Materialen mei in positive ladingstrend en oaren mei in negative ladingstrend wurde neamd, en materiaalmetoaden dy't gjin gedrachstrend sjen litte, wurde yn 'e midden fan' e tabel neamd.
Oan 'e oare kant jout de tabel allinich ynformaasje oer trends yn it oplaadgedrach fan materialen, dus GranuCharge is makke om krekte numerike wearden te jaan foar it oplaadgedrach fan poeders.
Ferskate eksperiminten waarden útfierd om termyske ûntbining te analysearjen. De samples waarden ien oant twa oeren op 200 °C pleatst. It poeier waard doe fuortendaliks analysearre mei GranuDrum (hjitte namme). It poeier waard doe yn in kontener pleatst oant it keamertemperatuer berikte en doe analysearre mei GranuDrum, GranuPack en GranuCharge (dus "kâld").
Rauwe samples waarden analysearre mei GranuPack, GranuDrum en GranuCharge by deselde keamerfochtigens/temperatuer (d.w.s. 35,0 ± 1,5% RV en 21,0 ± 1,0 °C temperatuer).
De kohesje-yndeks berekkent de streamberens fan poeiers en korrelearret mei feroarings yn 'e posysje fan 'e ynterface (poeier/loft), dy't mar trije kontaktkrêften binne (van der Waals, kapillêre en elektrostatyske krêften). Foar it eksperimint waarden de relative loftfochtigens (RH, %) en temperatuer (°C) registrearre. Dêrnei waard it poeier yn 'e trommel getten, en it eksperimint begûn.
Wy konkludearren dat dizze produkten net gefoelich binne foar agglomeraasje by it beskôgjen fan tiksotropyske parameters. Nijsgjirrich is dat termyske stress it reologyske gedrach fan 'e poeders fan samples A en B feroare fan skuorferdikking nei skuorfertinning. Oan 'e oare kant waarden samples C en SS 316L net beynfloede troch temperatuer en lieten allinich skuorferdikking sjen. Elk poeier hie bettere ferspriedberens (d.w.s. legere kohesje-yndeks) nei ferwaarming en koeling.
It temperatuereffekt hinget ek ôf fan it spesifike gebiet fan 'e dieltsjes. Hoe heger de termyske geliedingsfermogen fan it materiaal, hoe grutter it effekt op 'e temperatuer (d.w.s. ???225°?=250?.?-1.?-1) en ???316?. 225°?=19?.?-1.?-1). Hoe lytser it dieltsje, hoe grutter it effekt fan 'e temperatuer. Aluminiumlegeringpoeders binne poerbêst foar tapassingen by hege temperatueren fanwegen har ferhege ferspriedberens, en sels ôfkuolle eksimplaren berikke in bettere streamberens as de orizjinele poeders.
Foar elk GranuPack-eksperimint waard de massa fan it poeier foar elk eksperimint registrearre, en it stekproef waard 500 kear rekke mei in ympaktfrekwinsje fan 1 Hz mei in frije fal fan 1 mm yn 'e mjitsel (ympaktenerzjy ∝). It stekproef wurdt yn 'e mjitsel brocht neffens brûker-ûnôfhinklike software-ynstruksjes. Dêrnei waarden de mjittingen twa kear werhelle om de reprodusearberens te beoardieljen en it gemiddelde en de standertôfwiking ûndersocht.
Nei't de GranuPack-analyze foltôge is, wurde de earste bulkdichtheid (ρ(0)), definitive bulkdichtheid (by meardere tikken, n = 500, d.w.s. ρ(500)), Hausner-ferhâlding/Carr-yndeks (Hr/Cr) en twa registraasjeparameters (n1/2 en τ) relatearre oan komprimaasjekinetika werjûn. De optimale tichtheid ρ(∞) wurdt ek werjûn (sjoch Bylage 1). De tabel hjirûnder herstrukturearret de eksperimintele gegevens.
Figueren 6 en 7 litte de algemiene komprimaasjekromme sjen (bulktichtens tsjin oantal ynfloeden) en de n1/2/Hausner-parameterferhâlding. Foutbalken berekkene mei it gemiddelde wurde op elke kromme werjûn, en standertôfwikingen waarden berekkene troch werhelberheidstests.
It 316L roestfrij stielprodukt wie it swierste produkt (ρ(0) = 4,554 g/mL). Wat de tapdichtheid oanbelanget, bliuwt SS 316L it swierste poeier (ρ(n) = 5,044 g/mL), folge troch Sample A (ρ(n) = 1,668 g/mL), folge troch Sample B (ρ(n) = 1,668 g/ml). (n) = 1,645 g/ml). Sample C wie it leechst (ρ(n) = 1,581 g/mL). Neffens de bulkdichtheid fan it earste poeier sjogge wy dat sample A it lichtst is, en rekken hâldend mei de flaters (1,380 g/ml), hawwe samples B en C sawat deselde wearde.
As it poeier ferwaarme wurdt, nimt de Hausner-ferhâlding ôf, en dit bart allinich mei samples B, C, en SS 316L. Foar sample A wie it net mooglik om út te fieren fanwegen de grutte fan 'e flaterbalken. Foar n1/2 is de parametryske trendûnderstreeking komplekser. Foar sample A en SS 316L naam de wearde fan n1/2 ôf nei 2 oeren by 200 °C, wylst dizze foar poeders B en C tanommen nei termyske lading.
In triljende feeder waard brûkt foar elk GranuCharge-eksperimint (sjoch figuer 8). Brûk 316L roestfrij stielen buizen. Mjittingen waarden 3 kear werhelle om de reprodusearberens te beoardieljen. It gewicht fan it produkt dat foar elke mjitting brûkt waard wie sawat 40 ml en der waard gjin poeier weromfûn nei de mjitting.
Foar it eksperimint waarden it gewicht fan it poeier (mp, g), de relative loftfochtigens (RH, %) en de temperatuer (°C) registrearre. Oan it begjin fan 'e test waard de ladingstichtens fan it primêre poeier (q0 yn µC/kg) metten troch it poeier yn in Faraday-beker te pleatsen. Uteinlik waard de poeiermassa fêststeld en waarden de definitive ladingstichtens (qf, µC/kg) en Δq (Δq = qf – q0) oan 'e ein fan it eksperimint berekkene.
De rûge GranuCharge-gegevens wurde werjûn yn tabel 2 en figuer 9 (σ is de standertôfwiking berekkene út 'e resultaten fan' e reprodusearberenstest), en de resultaten wurde werjûn as in histogram (allinich q0 en Δq wurde werjûn). SS 316L hat de leechste earste lading; dit kin te tankjen wêze oan it feit dat dit produkt de heechste PSD hat. As it giet om de earste lading fan primêr aluminiumlegearingpoeier, kinne gjin konklúzjes lutsen wurde fanwegen de grutte fan 'e flaters.
Nei kontakt mei in 316L roestfrij stielen piip krige stekproef A de minste lading, wylst poeders B en C in ferlykbere trend lieten sjen: as SS 316L-poeier tsjin SS 316L wreaun waard, waard in ladingstichtens tichtby 0 fûn (sjoch triboelektryske searje). Produkt B is noch altyd mear laden as A. Foar stekproef C giet de trend troch (positive begjinlading en definitive lading nei lekkage), mar it oantal ladingen nimt ta nei termyske degradaasje.
Nei 2 oeren termyske stress by 200 °C wurdt it gedrach fan it poeier tige nijsgjirrich. Yn samples A en B naam de earste lading ôf en de definitive lading ferskode fan negatyf nei posityf. SS 316L poeier hie de heechste earste lading en de feroaring yn ladingstichtens waard posityf, mar bleau leech (d.w.s. 0,033 nC/g).
Wy ûndersochten it effekt fan termyske degradaasje op it kombineare gedrach fan aluminiumlegering (AlSi10Mg) en 316L roestfrij stielpoeders, wylst de orizjinele poeders nei 2 oeren by 200 °C yn loft analysearre waarden.
It brûken fan poeders by ferhege temperatueren kin de streamberens fan it produkt ferbetterje, in effekt dat wichtiger liket te wêzen foar poeders mei in hege spesifike oerflakte en materialen mei hege termyske geliedingsfermogen. GranuDrum waard brûkt om stream te evaluearjen, GranuPack waard brûkt foar dynamyske pakkingsanalyse, en GranuCharge waard brûkt om de triboelektrisiteit fan poeier yn kontakt mei 316L roestfrij stielen piip te analysearjen.
Dizze resultaten waarden bepaald mei GranuPack, dy't in ferbettering sjen liet yn 'e Hausner-koëffisjint foar elk poeier (mei útsûndering fan stekproef A, fanwegen de grutte fan 'e flaters) nei it termyske stressproses. Der waard gjin dúdlike trend fûn foar de ynpakparameter (n1/2), om't guon produkten in tanimming fan ynpaksnelheid lieten sjen, wylst oaren in kontrastearjend effekt hiene (bygelyks stekproeven B en C).