Kami menggunakan cookie untuk meningkatkan pengalaman Anda.Dengan terus menjelajahi situs ini, Anda menyetujui penggunaan cookie kami.Informasi tambahan.
Manufaktur aditif (AM) melibatkan pembuatan objek 3D, satu lapisan ultra tipis pada satu waktu, membuatnya lebih mahal daripada pemrosesan tradisional.Namun, hanya sebagian kecil serbuk yang dilas ke komponen selama proses perakitan.Sisanya tidak melebur, sehingga bisa digunakan kembali.Sebaliknya, jika objek dibuat dengan cara klasik biasanya membutuhkan milling dan machining untuk menghilangkan material.
Sifat-sifat bubuk menentukan parameter mesin dan harus diperhitungkan terlebih dahulu.Biaya AM tidak akan ekonomis mengingat bubuk yang tidak meleleh terkontaminasi dan tidak dapat didaur ulang.Degradasi bubuk menghasilkan dua fenomena: modifikasi kimia dari produk dan perubahan sifat mekanik seperti morfologi dan distribusi ukuran partikel.
Dalam kasus pertama, tugas utamanya adalah membuat struktur padat yang mengandung paduan murni, jadi kita perlu menghindari kontaminasi bubuk, misalnya dengan oksida atau nitrida.Dalam fenomena terakhir, parameter ini terkait dengan fluiditas dan daya sebar.Oleh karena itu, setiap perubahan sifat bedak dapat menyebabkan distribusi produk yang tidak seragam.
Data dari publikasi terbaru menunjukkan bahwa flowmeters klasik tidak dapat memberikan informasi yang memadai tentang distribusi bubuk di AM berdasarkan tempat tidur bubuk.Mengenai karakterisasi bahan baku (atau bubuk), ada beberapa metode pengukuran yang relevan di pasaran yang dapat memenuhi persyaratan ini.Keadaan tegangan dan medan aliran serbuk harus sama dalam pengaturan pengukuran dan dalam proses.Kehadiran beban tekan tidak sesuai dengan aliran permukaan bebas yang digunakan dalam perangkat IM pada penguji geser dan rheometer klasik.
GranuTools telah mengembangkan alur kerja untuk mengkarakterisasi bubuk AM.Tujuan utama kami adalah melengkapi setiap geometri dengan alat simulasi proses yang akurat, dan alur kerja ini digunakan untuk memahami dan melacak evolusi kualitas serbuk dalam berbagai proses pencetakan.Beberapa paduan aluminium standar (AlSi10Mg) dipilih untuk durasi yang berbeda pada beban termal yang berbeda (dari 100 hingga 200 °C).
Degradasi termal dapat dikontrol dengan menganalisis kemampuan bubuk untuk mengakumulasi muatan listrik.Serbuk dianalisis untuk flowabilitas (instrumen GranuDrum), kinetika pengepakan (instrumen GranuPack) dan perilaku elektrostatik (instrumen GranuCharge).Pengukuran kinetika kohesi dan pengepakan cocok untuk melacak kualitas serbuk.
Serbuk yang mudah diaplikasikan akan menunjukkan indeks kohesi yang rendah, sedangkan serbuk dengan dinamika pengisian yang cepat akan menghasilkan bagian mekanis dengan porositas yang lebih rendah dibandingkan dengan produk yang lebih sulit untuk diisi.
Setelah beberapa bulan penyimpanan di laboratorium kami, tiga serbuk paduan aluminium dengan distribusi ukuran partikel yang berbeda (AlSi10Mg) dan satu sampel baja tahan karat 316L dipilih, di sini disebut sebagai sampel A, B, dan C. Sifat sampel mungkin berbeda dari produsen lain.Distribusi ukuran partikel sampel diukur dengan analisis difraksi laser/ISO 13320.
Karena mereka mengontrol parameter mesin, sifat bubuk harus dipertimbangkan terlebih dahulu, dan jika bubuk yang tidak meleleh dianggap terkontaminasi dan tidak dapat didaur ulang, pembuatan aditif tidak seekonomis yang diharapkan.Oleh karena itu, tiga parameter akan diselidiki: aliran serbuk, dinamika pengepakan, dan elektrostatik.
Daya sebar berhubungan dengan keseragaman dan “kehalusan” lapisan bubuk setelah operasi pelapisan ulang.Ini sangat penting karena permukaan halus lebih mudah dicetak dan dapat diperiksa dengan alat GranuDrum dengan pengukuran indeks adhesi.
Karena pori-pori adalah titik lemah dalam suatu material, pori-pori dapat menyebabkan keretakan.Dinamika pengisian adalah parameter kunci kedua karena serbuk pengisian cepat memberikan porositas rendah.Perilaku ini diukur dengan GranuPack dengan nilai n1/2.
Kehadiran muatan listrik dalam serbuk menciptakan gaya kohesif yang mengarah pada pembentukan aglomerat.GranuCharge mengukur kemampuan bubuk untuk menghasilkan muatan elektrostatis saat bersentuhan dengan material tertentu selama aliran.
Selama pemrosesan, GranuCharge dapat memprediksi penurunan aliran, misalnya saat membentuk lapisan di AM.Dengan demikian, pengukuran yang diperoleh sangat sensitif terhadap keadaan permukaan butir (oksidasi, kontaminasi dan kekasaran).Penuaan serbuk yang diperoleh kemudian dapat diukur secara akurat (±0,5 nC).
GranuDrum adalah metode pengukuran aliran serbuk terprogram berdasarkan prinsip drum berputar.Setengah dari sampel bubuk disimpan dalam silinder horizontal dengan dinding samping transparan.Drum berputar di sekitar porosnya dengan kecepatan sudut 2 hingga 60 rpm, dan kamera CCD mengambil gambar (dari 30 hingga 100 gambar dengan interval 1 detik).Antarmuka udara/bubuk diidentifikasi pada setiap gambar menggunakan algoritme deteksi tepi.
Hitung posisi rata-rata antarmuka dan osilasi di sekitar posisi rata-rata ini.Untuk setiap kecepatan rotasi, sudut aliran (atau "sudut diam dinamis") αf dihitung dari posisi antarmuka rata-rata, dan faktor kohesi dinamis σf terkait dengan ikatan intergrain dianalisis dari fluktuasi antarmuka.
Sudut aliran dipengaruhi oleh sejumlah parameter: gesekan, bentuk, dan kohesi antar partikel (gaya van der Waals, elektrostatik, dan kapiler).Serbuk yang kohesif menghasilkan aliran yang terputus-putus, sedangkan serbuk yang tidak kental menghasilkan aliran yang teratur.Nilai rendah dari sudut aliran αf sesuai dengan aliran yang baik.Indeks adhesi dinamis mendekati nol sesuai dengan bubuk non-kohesif, sehingga ketika adhesi bubuk meningkat, indeks adhesi juga meningkat.
GranuDrum memungkinkan Anda mengukur sudut pertama longsoran dan aerasi bubuk selama aliran, serta mengukur indeks adhesi σf dan sudut aliran αf tergantung pada kecepatan rotasi.
Kepadatan curah GranuPack, kerapatan sadap, dan pengukuran rasio Hausner (juga dikenal sebagai "tes sadap") ideal untuk karakterisasi bubuk karena kemudahan dan kecepatan pengukurannya.Densitas bubuk dan kemampuan untuk meningkatkan densitasnya merupakan parameter penting selama penyimpanan, transportasi, aglomerasi, dll. Prosedur yang direkomendasikan diuraikan dalam Farmakope.
Tes sederhana ini memiliki tiga kelemahan utama.Pengukuran tergantung pada operator, dan metode pengisian mempengaruhi volume awal bubuk.Mengukur volume total dapat menyebabkan kesalahan serius pada hasil.Karena kesederhanaan percobaan, kami tidak memperhitungkan dinamika pemadatan antara pengukuran awal dan akhir.
Perilaku bubuk yang dimasukkan ke dalam outlet kontinu dianalisis menggunakan peralatan otomatis.Ukur secara akurat koefisien Hausner Hr, densitas awal ρ(0) dan densitas akhir ρ(n) setelah n klik.
Jumlah ketukan biasanya ditetapkan pada n=500.GranuPack adalah pengukuran densitas penyadapan otomatis dan canggih berdasarkan penelitian dinamis terkini.
Indeks lain dapat digunakan, tetapi tidak disediakan di sini.Serbuk ditempatkan ke dalam tabung logam melalui proses inisialisasi otomatis yang ketat.Ekstrapolasi parameter dinamis n1/2 dan densitas maksimum ρ(∞) telah dihilangkan dari kurva pemadatan.
Silinder berongga yang ringan berada di atas alas bedak untuk menjaga tingkat antarmuka serbuk/udara selama pemadatan.Tabung yang berisi sampel bubuk naik ke ketinggian tetap ΔZ dan jatuh bebas pada ketinggian yang biasanya ditetapkan pada ΔZ = 1 mm atau ΔZ = 3 mm, yang diukur secara otomatis setelah setiap sentuhan.Hitung volume V tumpukan dari ketinggian.
Kepadatan adalah rasio massa m terhadap volume lapisan serbuk V. Massa serbuk m diketahui, kerapatan ρ diterapkan setelah setiap tumbukan.
Koefisien Hausner Hr terkait dengan faktor pemadatan dan dianalisis dengan persamaan Hr = ρ(500) / ρ(0), di mana ρ(0) adalah kerapatan curah awal dan ρ(500) adalah aliran yang dihitung setelah 500 siklus.Ketuk kepadatan.Saat menggunakan metode GranuPack, hasilnya dapat direproduksi menggunakan sedikit bubuk (biasanya 35 ml).
Sifat bubuk dan sifat bahan pembuat perangkat adalah parameter utama.Selama aliran, muatan elektrostatik dihasilkan di dalam bubuk karena efek triboelektrik, yaitu pertukaran muatan ketika dua padatan bersentuhan.
Saat bubuk mengalir di dalam perangkat, efek triboelektrik terjadi pada kontak antar partikel dan pada kontak antara partikel dan perangkat.
Setelah kontak dengan material yang dipilih, GranuCharge secara otomatis mengukur jumlah muatan elektrostatis yang dihasilkan di dalam bubuk selama aliran.Sampel bubuk mengalir di dalam tabung-V yang bergetar dan jatuh ke dalam cangkir Faraday yang terhubung ke elektrometer yang mengukur muatan yang diperoleh saat bubuk bergerak di dalam tabung-V.Untuk hasil yang dapat direproduksi, gunakan perangkat yang berputar atau bergetar untuk sering mengumpankan V-tube.
Efek triboelektrik menyebabkan satu objek memperoleh elektron di permukaannya dan dengan demikian menjadi bermuatan negatif, sementara objek lain kehilangan elektron sehingga menjadi bermuatan positif.Beberapa bahan mendapatkan elektron lebih mudah daripada yang lain, dan demikian pula, bahan lain lebih mudah kehilangan elektron.
Bahan mana yang menjadi negatif dan mana yang menjadi positif bergantung pada kecenderungan relatif bahan yang terlibat untuk mendapatkan atau kehilangan elektron.Untuk mewakili tren ini, deret triboelektrik yang ditunjukkan pada Tabel 1 dikembangkan.Bahan dengan tren muatan positif dan lainnya dengan tren muatan negatif dicantumkan, dan metode material yang tidak menunjukkan tren perilaku apa pun dicantumkan di tengah tabel.
Di sisi lain, tabel tersebut hanya memberikan informasi tentang tren perilaku pengisian bahan, sehingga GranuCharge dibuat untuk memberikan nilai numerik yang akurat untuk perilaku pengisian bubuk.
Beberapa percobaan dilakukan untuk menganalisis dekomposisi termal.Sampel ditempatkan pada 200 ° C selama satu sampai dua jam.Serbuk tersebut kemudian segera dianalisis dengan GranuDrum (nama panas).Serbuk kemudian ditempatkan dalam wadah hingga mencapai suhu sekitar dan kemudian dianalisis menggunakan GranuDrum, GranuPack dan GranuCharge (yaitu "dingin").
Sampel mentah dianalisis menggunakan GranuPack, GranuDrum dan GranuCharge pada kelembaban/suhu ruangan yang sama (yaitu 35,0 ± 1,5% RH dan suhu 21,0 ± 1,0 °C).
Indeks kohesi menghitung daya alir serbuk dan berkorelasi dengan perubahan posisi antarmuka (bubuk/udara), yang hanya terdiri dari tiga gaya kontak (gaya van der Waals, kapiler, dan elektrostatis).Sebelum percobaan, kelembaban udara relatif (RH, %) dan suhu (°C) dicatat.Kemudian bubuk tersebut dituangkan ke dalam drum, dan percobaan pun dimulai.
Kami menyimpulkan bahwa produk ini tidak rentan terhadap aglomerasi ketika mempertimbangkan parameter thixotropic.Menariknya, tekanan termal mengubah perilaku reologi serbuk sampel A dan B dari penebalan geser menjadi penipisan geser.Di sisi lain, Sampel C dan SS 316L tidak terpengaruh oleh suhu dan hanya menunjukkan penebalan geser.Setiap bubuk memiliki daya sebar yang lebih baik (yaitu indeks kohesi yang lebih rendah) setelah pemanasan dan pendinginan.
Efek suhu juga bergantung pada area spesifik partikel.Semakin tinggi konduktivitas termal bahan, semakin besar pengaruhnya terhadap suhu (yaitu ???225°?=250?.?-1.?-1) dan ???316?.225°?=19?.?-1.?-1) Semakin kecil partikel, semakin besar pengaruh suhu.Serbuk paduan aluminium sangat baik untuk aplikasi suhu tinggi karena daya sebarnya yang meningkat, dan bahkan spesimen yang didinginkan mencapai daya alir yang lebih baik daripada bubuk asli.
Untuk setiap percobaan GranuPack, massa serbuk dicatat sebelum setiap percobaan, dan sampel dipukul 500 kali dengan frekuensi tumbukan 1 Hz dengan jatuh bebas 1 mm di sel pengukur (energi tumbukan ∝).Sampel disalurkan ke dalam sel pengukur sesuai dengan instruksi perangkat lunak yang tidak bergantung pada pengguna.Kemudian pengukuran diulang dua kali untuk menilai reproduktifitas dan menyelidiki mean dan standar deviasi.
Setelah analisis GranuPack selesai, kerapatan curah awal (ρ(0)), kerapatan curah akhir (pada beberapa ketukan, n = 500, yaitu ρ(500)), rasio Hausner/indeks Carr (Hr/Cr) dan dua parameter registrasi (n1/2 dan τ) terkait dengan kinetika pemadatan.Kepadatan optimal ρ(∞) juga ditampilkan (lihat Lampiran 1).Tabel di bawah merestrukturisasi data eksperimen.
Gambar 6 dan 7 menunjukkan keseluruhan kurva pemadatan (densitas curah versus jumlah tumbukan) dan rasio parameter n1/2/Hausner.Bilah kesalahan yang dihitung menggunakan rata-rata ditampilkan pada setiap kurva, dan standar deviasi dihitung dengan pengujian pengulangan.
Produk stainless steel 316L merupakan produk terberat (ρ(0) = 4,554 g/mL).Dalam hal densitas sadapan, SS 316L tetap merupakan bubuk terberat (ρ(n) = 5,044 g/mL), diikuti oleh Sampel A (ρ(n) = 1,668 g/mL), diikuti oleh Sampel B (ρ(n) = 1,668 g/ml)./ml) (n) = 1,645 g/ml).Sampel C adalah yang terendah (ρ(n) = 1,581 g/mL).Menurut kerapatan curah bubuk awal, kami melihat bahwa sampel A adalah yang paling ringan, dan dengan mempertimbangkan kesalahan (1,380 g / ml), sampel B dan C memiliki nilai yang kira-kira sama.
Saat bubuk dipanaskan, rasio Hausnernya menurun, dan ini hanya terjadi pada sampel B, C, dan SS 316L.Untuk sampel A, tidak mungkin dilakukan karena ukuran bilah kesalahan.Untuk n1/2, garis bawah tren parametrik lebih kompleks.Untuk sampel A dan SS 316L, nilai n1/2 menurun setelah 2 jam pada suhu 200°C, sedangkan untuk serbuk B dan C meningkat setelah pemuatan termal.
Pengumpan bergetar digunakan untuk setiap percobaan GranuCharge (lihat Gambar 8).Gunakan tabung stainless steel 316L.Pengukuran diulang 3 kali untuk menilai reproduktifitas.Berat produk yang digunakan untuk setiap pengukuran kira-kira 40 ml dan tidak ada bubuk yang ditemukan setelah pengukuran.
Sebelum percobaan, berat serbuk (mp, g), kelembaban udara relatif (RH, %), dan suhu (°C) dicatat.Pada awal pengujian, densitas muatan bubuk primer (q0 dalam µC/kg) diukur dengan menempatkan bubuk dalam cangkir Faraday.Akhirnya, massa serbuk ditetapkan dan densitas muatan akhir (qf, µC/kg) dan Δq (Δq = qf – q0) pada akhir percobaan dihitung.
Data GranuCharge mentah ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 9 (σ adalah standar deviasi yang dihitung dari hasil uji reproduktifitas), dan hasilnya ditampilkan sebagai histogram (hanya q0 dan Δq yang ditampilkan).SS 316L memiliki muatan awal terendah;hal ini mungkin dikarenakan produk ini memiliki PSD tertinggi.Dalam hal pemuatan awal serbuk paduan aluminium primer, tidak ada kesimpulan yang dapat ditarik karena ukuran kesalahannya.
Setelah kontak dengan pipa stainless steel 316L, sampel A menerima jumlah muatan paling sedikit, sementara bubuk B dan C menunjukkan tren yang sama, jika bubuk SS 316L digosokkan dengan SS 316L, kerapatan muatan mendekati 0 ditemukan (lihat deret triboelektrik).Produk B masih lebih terisi daripada A. Untuk sampel C, tren berlanjut (muatan awal positif dan muatan akhir setelah kebocoran), tetapi jumlah muatan meningkat setelah degradasi termal.
Setelah 2 jam tekanan termal pada 200 °C, perilaku serbuk menjadi sangat menarik.Dalam sampel A dan B, muatan awal berkurang dan muatan akhir bergeser dari negatif ke positif.Serbuk SS 316L memiliki muatan awal tertinggi dan perubahan densitas muatannya menjadi positif tetapi tetap rendah (yaitu 0,033 nC/g).
Kami menyelidiki pengaruh degradasi termal pada perilaku gabungan paduan aluminium (AlSi10Mg) dan serbuk baja tahan karat 316L, sedangkan serbuk asli dianalisis setelah 2 jam pada suhu 200°C di udara.
Penggunaan serbuk pada suhu tinggi dapat meningkatkan daya alir produk, suatu efek yang tampaknya lebih penting untuk serbuk dengan luas spesifik yang tinggi dan bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi.GranuDrum digunakan untuk mengevaluasi aliran, GranuPack digunakan untuk analisis pengepakan dinamis, dan GranuCharge digunakan untuk menganalisis triboelektrik bubuk yang bersentuhan dengan pipa stainless steel 316L.
Hasil ini ditentukan dengan menggunakan GranuPack, yang menunjukkan peningkatan koefisien Hausner untuk setiap bubuk (kecuali sampel A, karena ukuran kesalahan) setelah proses tegangan termal.Tidak ada tren yang jelas ditemukan untuk parameter pengepakan (n1/2) karena beberapa produk menunjukkan peningkatan kecepatan pengepakan sementara yang lain memiliki efek kontras (misalnya Sampel B dan C).