Біз сіздің тәжірибеңізді жақсарту үшін cookie файлдарын пайдаланамыз. Осы сайтты шолуды жалғастыру арқылы сіз біздің cookie файлдарын пайдалануымызға келісесіз. Қосымша ақпарат.
Қоспалы өндіріс (ҚӨ) 3D нысандарды бір уақытта бір ультра жұқа қабатпен жасауды қамтиды, бұл оны дәстүрлі өңдеуге қарағанда қымбатырақ етеді. Дегенмен, құрастыру процесінде ұнтақтың аз ғана бөлігі компонентке дәнекерленеді. Қалғандары балқытылмайды, сондықтан оларды қайта пайдалануға болады. Керісінше, егер нысан классикалық тәсілмен жасалса, материалды алып тастау үшін әдетте фрезерлеу және өңдеу қажет.
Ұнтақтың қасиеттері машинаның параметрлерін анықтайды және ең алдымен ескерілуі керек. Балқытылмаған ұнтақ ластанған және қайта өңдеуге жарамсыз болғандықтан, АМ құны экономикалық тұрғыдан тиімді болмас еді. Ұнтақтың ыдырауы екі құбылысқа әкеледі: өнімнің химиялық модификациясы және морфология мен бөлшектердің мөлшерінің таралуы сияқты механикалық қасиеттердің өзгеруі.
Бірінші жағдайда, негізгі міндет - таза қорытпалардан тұратын қатты құрылымдарды жасау, сондықтан ұнтақтың ластануын, мысалы, оксидтермен немесе нитридтермен болдырмау керек. Соңғы құбылыста бұл параметрлер сұйықтықпен және таралумен байланысты. Сондықтан, ұнтақ қасиеттерінің кез келген өзгерісі өнімнің біркелкі емес таралуына әкелуі мүмкін.
Жақында жарияланған мәліметтер классикалық ағын өлшегіштердің ұнтақ қабатына негізделген AM-дегі ұнтақтың таралуы туралы жеткілікті ақпарат бере алмайтынын көрсетеді. Шикізаттың (немесе ұнтақтың) сипаттамасына келетін болсақ, нарықта бұл талапты қанағаттандыра алатын бірнеше тиісті өлшеу әдістері бар. Кернеу күйі мен ұнтақ ағынының өрісі өлшеу қондырғысында және процесте бірдей болуы керек. Сығымдау жүктемелерінің болуы ығысу сынақтарында және классикалық реометрлерде IM құрылғыларында қолданылатын еркін беттік ағынмен үйлеспейді.
GranuTools компаниясы AM ұнтағын сипаттауға арналған жұмыс процесін әзірледі. Біздің басты мақсатымыз - әрбір геометрияны дәл процесті модельдеу құралымен жабдықтау, және бұл жұмыс процесі әртүрлі басып шығару процестеріндегі ұнтақ сапасының эволюциясын түсіну және бақылау үшін қолданылады. Әртүрлі термиялық жүктемелерде (100-ден 200 °C-қа дейін) әртүрлі ұзақтыққа арналған бірнеше стандартты алюминий қорытпалары (AlSi10Mg) таңдалды.
Термиялық ыдырауды ұнтақтың электр зарядын жинақтау қабілетін талдау арқылы басқаруға болады. Ұнтақтар ағындылыққа (GranuDrum құралы), орау кинетикасына (GranuPack құралы) және электростатикалық мінез-құлыққа (GranuCharge құралы) талданды. Ұнтақтың сапасын бақылау үшін когезия және орау кинетикасын өлшеу қолайлы.
Оңай жағылатын ұнтақтар төмен когезия көрсеткіштерін көрсетеді, ал тез толтырылатын динамикасы бар ұнтақтар толтырылуы қиын өнімдермен салыстырғанда кеуектілігі төмен механикалық бөлшектер шығарады.
Біздің зертханамызда бірнеше ай сақталғаннан кейін, бөлшектердің мөлшері әртүрлі үш алюминий қорытпасынан жасалған ұнтақ (AlSi10Mg) және бір 316L тот баспайтын болаттан жасалған үлгі таңдалды, мұнда A, B және C үлгілері деп аталады. Үлгілердің қасиеттері басқа өндірушілерден өзгеше болуы мүмкін. Үлгі бөлшектерінің мөлшерінің таралуы лазерлік дифракциялық талдау/ISO 13320 арқылы өлшенді.
Олар машинаның параметрлерін басқаратындықтан, алдымен ұнтақтың қасиеттерін ескеру қажет, ал егер балқытылмаған ұнтақтар ластанған және қайта өңдеуге жарамсыз деп саналса, онда қоспа өндірісі үміттенгендей үнемді емес. Сондықтан үш параметр зерттеледі: ұнтақ ағыны, орау динамикасы және электростатика.
Жайылу мүмкіндігі қайта жабу операциясынан кейін ұнтақ қабатының біркелкілігі мен «тегістігіне» байланысты. Бұл өте маңызды, себебі тегіс беттерді басып шығару оңайырақ және оларды адгезия индексін өлшеу арқылы GranuDrum құралымен тексеруге болады.
Тесіктер материалдың әлсіз нүктелері болғандықтан, олар жарықшақтардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Толтыру динамикасы екінші негізгі параметр болып табылады, себебі жылдам толтырылатын ұнтақтар төмен кеуектілікті қамтамасыз етеді. Бұл мінез-құлық n1/2 мәнімен GranuPack көмегімен өлшенеді.
Ұнтақтағы электр зарядтарының болуы агломераттардың пайда болуына әкелетін когезиялық күштерді тудырады. GranuCharge ұнтақтардың ағын кезінде таңдалған материалдармен жанасқан кезде электростатикалық заряд тудыру қабілетін өлшейді.
Өңдеу кезінде GranuCharge ағынның нашарлауын болжай алады, мысалы, AM-де қабат түзілгенде. Осылайша, алынған өлшемдер дән бетінің күйіне (тотығу, ластану және кедір-бұдырлық) өте сезімтал. Содан кейін қалпына келтірілген ұнтақтың қартаюын дәл сандық түрде анықтауға болады (±0,5 нК).
GranuDrum - айналмалы барабан принципіне негізделген бағдарламаланған ұнтақ ағынын өлшеу әдісі. Ұнтақ үлгісінің жартысы мөлдір бүйір қабырғалары бар көлденең цилиндрде орналасқан. Барабан өз осінің айналасында 2-ден 60 айн/мин дейінгі бұрыштық жылдамдықпен айналады, ал CCD камерасы суреттер түсіреді (1 секундтық аралықпен 30-дан 100-ге дейін сурет). Ауа/ұнтақ интерфейсі әрбір суретте жиекті анықтау алгоритмі арқылы анықталады.
Интерфейстің орташа орнын және осы орташа орын айналасындағы тербелістерді есептеңіз. Әрбір айналу жылдамдығы үшін ағын бұрышы (немесе «динамикалық тыныштық бұрышы») αf орташа интерфейс орнынан есептеледі, ал түйіршік аралық байланыспен байланысты динамикалық когезия коэффициенті σf интерфейс ауытқуларынан талданады.
Ағын бұрышына бірқатар параметрлер әсер етеді: үйкеліс, пішін және бөлшектер арасындағы когезия (ван-дер-Ваальс, электростатикалық және капиллярлық күштер). Когезиялық ұнтақтар үзік-үзік ағынға әкеледі, ал тұтқыр емес ұнтақтар тұрақты ағынға әкеледі. Ағын бұрышының αf төмен мәндері жақсы ағынға сәйкес келеді. Нөлге жақын динамикалық адгезия индексі когезиялық емес ұнтаққа сәйкес келеді, сондықтан ұнтақтың адгезиясы артқан сайын адгезия индексі де сәйкесінше артады.
GranuDrum ағын кезіндегі көшкіннің бірінші бұрышын және ұнтақтың аэрациясын өлшеуге, сондай-ақ айналу жылдамдығына байланысты адгезия индексі σf және ағын бұрышы αf өлшеуге мүмкіндік береді.
GranuPack көлемдік тығыздығын, түрту тығыздығын және Хауснер қатынасын өлшеу («түрту сынақтары» деп те аталады) өлшеудің қарапайымдылығы мен жылдамдығына байланысты ұнтақты сипаттау үшін өте қолайлы. Ұнтақтың тығыздығы және оның тығыздығын арттыру мүмкіндігі сақтау, тасымалдау, агломерация және т.б. кезінде маңызды параметрлер болып табылады. Ұсынылатын процедуралар Фармакопеяда сипатталған.
Бұл қарапайым сынақтың үш негізгі кемшілігі бар. Өлшеу операторға байланысты, ал толтыру әдісі ұнтақтың бастапқы көлеміне әсер етеді. Жалпы көлемді өлшеу нәтижелерде елеулі қателіктерге әкелуі мүмкін. Тәжірибенің қарапайымдылығына байланысты біз бастапқы және соңғы өлшеулер арасындағы тығыздау динамикасын ескермедік.
Үздіксіз шығысқа берілетін ұнтақтың әрекеті автоматтандырылған жабдықты пайдаланып талданды. n рет шертілгеннен кейін Хауснер коэффициентін Hr, бастапқы тығыздықты ρ(0) және соңғы тығыздықты ρ(n) дәл өлшеңіз.
Түртулер саны әдетте n=500 болып бекітіледі. GranuPack - жақында жүргізілген динамикалық зерттеулерге негізделген автоматтандырылған және кеңейтілген түрту тығыздығын өлшеу.
Басқа индекстерді пайдалануға болады, бірақ олар мұнда берілмеген. Ұнтақ металл түтікке қатаң автоматтандырылған инициализация процесі арқылы орналастырылады. n1/2 динамикалық параметрінің және максималды тығыздық ρ(∞) экстраполяциясы тығыздау қисығынан алынып тасталды.
Ұнтақ қабатының үстінде жеңіл қуыс цилиндр орналасқан, бұл нығыздау кезінде ұнтақ/ауа бетін бір деңгейде ұстап тұруға мүмкіндік береді. Ұнтақ үлгісі бар түтік ΔZ бекітілген биіктікке көтеріледі және әдетте ΔZ = 1 мм немесе ΔZ = 3 мм бекітілген биіктікте еркін түседі, ол әрбір жанасудан кейін автоматты түрде өлшенеді. Биіктіктен үйіндінің көлемін V есептеңіз.
Тығыздық - масса m мен ұнтақ қабатының көлемі V қатынасы. Ұнтақ m массасы белгілі, тығыздық ρ әрбір соққыдан кейін қолданылады.
Хауснер коэффициенті Hr тығыздау коэффициентімен байланысты және Hr = ρ(500) / ρ(0) теңдеуімен талданады, мұндағы ρ(0) - бастапқы көлемдік тығыздық, ал ρ(500) - 500 циклден кейінгі есептелген ағын. Тығыздық кран. GranuPack әдісін қолданған кезде нәтижелерді аз мөлшерде ұнтақ (әдетте 35 мл) пайдаланып қайталауға болады.
Ұнтақтың қасиеттері және құрылғы жасалған материалдың қасиеттері негізгі параметрлер болып табылады. Ағын кезінде ұнтақтың ішінде трибоэлектрлік әсерге байланысты электростатикалық зарядтар пайда болады, бұл екі қатты зат жанасқан кездегі зарядтардың алмасуы.
Ұнтақ құрылғының ішіне ағып өткенде, бөлшектер арасындағы және бөлшектер мен құрылғы арасындағы жанасу кезінде трибоэлектрлік әсер пайда болады.
Таңдалған материалмен жанасқан кезде, GranuCharge ұнтақ ішінде ағын кезінде пайда болатын электростатикалық заряд мөлшерін автоматты түрде өлшейді. Ұнтақ үлгісі дірілдейтін V-түтіктің ішіне ағып, ұнтақ V-түтіктің ішінде қозғалған кезде пайда болатын зарядты өлшейтін электрометрге қосылған Фарадей тостағанына түседі. Қайталанатын нәтижелер алу үшін V-түтіктерді жиі беру үшін айналмалы немесе дірілдейтін құрылғыны пайдаланыңыз.
Трибоэлектрлік эффект бір заттың бетінде электрондарды жинап, теріс зарядталуына, ал басқа заттың электрондарды жоғалтып, оң зарядталуына әкеледі. Кейбір материалдар басқаларына қарағанда электрондарды оңайырақ алады, сол сияқты басқа материалдар да электрондарды оңайырақ жоғалтады.
Қай материалдың теріс, ал қайсысының оң болатыны қатысты материалдардың электрондарды қосуға немесе жоғалтуға салыстырмалы бейімділігіне байланысты. Бұл үрдістерді көрсету үшін 1-кестеде көрсетілген трибоэлектрлік қатарлар жасалды. Оң заряд үрдісі бар материалдар және теріс заряд үрдісі бар басқа материалдар тізімделген, ал мінез-құлық үрдісін көрсетпейтін материалдық әдістер кестенің ортасында көрсетілген.
Екінші жағынан, кестеде тек материалдардың зарядтау мінез-құлқындағы үрдістер туралы ақпарат берілген, сондықтан GranuCharge ұнтақтардың зарядтау мінез-құлқы үшін дәл сандық мәндерді беру үшін жасалған.
Термиялық ыдырауды талдау үшін бірнеше тәжірибелер жүргізілді. Үлгілер 200°C температурада бір-екі сағатқа орналастырылды. Содан кейін ұнтақ дереу GranuDrum (ыстық атауы) көмегімен талданады. Содан кейін ұнтақ қоршаған орта температурасына жеткенше контейнерге салынып, GranuDrum, GranuPack және GranuCharge (яғни «суық») көмегімен талданды.
Шикі үлгілер GranuPack, GranuDrum және GranuCharge көмегімен бөлменің бірдей ылғалдылығында/температурасында (яғни 35,0 ± 1,5% ылғалдылық және 21,0 ± 1,0 °C температура) талданды.
Когезия индексі ұнтақтардың ағындылығын есептейді және беткі қабаттың (ұнтақ/ауа) орналасуындағы өзгерістермен корреляцияланады, бұл тек үш жанасу күшін құрайды (ван-дер-Ваальс, капиллярлық және электростатикалық күштер). Тәжірибе алдында ауаның салыстырмалы ылғалдылығы (RH, %) және температурасы (°C) жазылды. Содан кейін ұнтақ барабанға құйылды, содан кейін тәжірибе басталды.
Біз тиксотропты параметрлерді қарастырған кезде бұл өнімдер агломерацияға ұшырамайды деген қорытындыға келдік. Қызығы, термиялық кернеу А және В үлгілерінің ұнтақтарының реологиялық мінез-құлқын ығысу қоюлануынан ығысу жұқаруына өзгертті. Екінші жағынан, C және SS 316L үлгілеріне температура әсер етпеді және тек ығысу қоюлануын көрсетті. Әрбір ұнтақты қыздырғаннан және салқындағаннан кейін жақсырақ таралу қабілеті (яғни төмен когезия индексі) болды.
Температураның әсері бөлшектердің нақты ауданына да байланысты. Материалдың жылу өткізгіштігі неғұрлым жоғары болса, температураға соғұрлым көп әсер етеді (яғни ???225°?=250??-1.?-1) және ???316?. 225°?=19??-1.?-1). Бөлшек неғұрлым кіші болса, температураның әсері соғұрлым күшті болады. Алюминий қорытпасынан жасалған ұнтақтар жоғары температурада қолдануға өте ыңғайлы, себебі олардың таралу қабілеті жоғары, тіпті салқындатылған үлгілер де бастапқы ұнтақтарға қарағанда жақсы ағындылыққа қол жеткізеді.
Әрбір GranuPack эксперименті үшін ұнтақтың массасы әрбір эксперимент алдында жазылды және үлгі өлшеу ұяшығында 1 мм еркін құлаумен (соққы энергиясы ∝) 1 Гц соққы жиілігімен 500 рет соққыланды. Үлгі пайдаланушыға тәуелсіз бағдарламалық нұсқаулыққа сәйкес өлшеу ұяшығына құйылады. Содан кейін қайталануды бағалау үшін өлшеулер екі рет қайталанды және орташа мән мен стандартты ауытқу зерттелді.
GranuPack талдауы аяқталғаннан кейін, бастапқы көлемдік тығыздық (ρ(0)), соңғы көлемдік тығыздық (бірнеше рет басу кезінде, n = 500, яғни ρ(500)), Хауснер қатынасы/Карр индексі (Hr/Cr) және екі тіркеу параметрі (n1/2 және τ) тығыздау кинетикасына қатысты. Оңтайлы тығыздық ρ(∞) да көрсетілген (1-қосымшаны қараңыз). Төмендегі кестеде эксперименттік деректер қайта құрылымдалған.
6 және 7-суреттерде жалпы тығыздау қисығы (көлемдік тығыздық пен соққылар саны) және n1/2/Хауснер параметрінің қатынасы көрсетілген. Орташа мәнді пайдаланып есептелген қателік жолақтары әр қисықта көрсетілген, ал стандартты ауытқулар қайталанымдылықты тексеру арқылы есептелген.
316L тот баспайтын болаттан жасалған бұйым ең ауыр бұйым болды (ρ(0) = 4,554 г/мл). Ұнтақ тығыздығы бойынша SS 316L ең ауыр ұнтақ болып қала береді (ρ(n) = 5,044 г/мл), одан кейін A үлгісі (ρ(n) = 1,668 г/мл), одан кейін B үлгісі (ρ(n) = 1,668 г/мл). /мл) (n) = 1,645 г/мл). C үлгісі ең төмен болды (ρ(n) = 1,581 г/мл). Бастапқы ұнтақтың көлемдік тығыздығына сәйкес, A үлгісі ең жеңіл екенін көреміз, ал қателіктерді (1,380 г/мл) ескере отырып, B және C үлгілерінің мәні шамамен бірдей.
Ұнтақ қыздырылған сайын оның Хауснер коэффициенті төмендейді, және бұл тек B, C және SS 316L үлгілерінде ғана болады. А үлгісі үшін қателік жолақтарының өлшеміне байланысты орындау мүмкін болмады. n1/2 үшін параметрлік трендтің астын сызу күрделірек. А және SS 316L үлгілері үшін n1/2 мәні 200°C температурада 2 сағаттан кейін төмендеді, ал B және C ұнтақтары үшін термиялық жүктемеден кейін артты.
Әрбір GranuCharge тәжірибесі үшін дірілдейтін бергіш пайдаланылды (8-суретті қараңыз). 316L тот баспайтын болаттан жасалған түтікшені пайдаланыңыз. Қайталануды бағалау үшін өлшеулер 3 рет қайталанды. Әрбір өлшеу үшін пайдаланылған өнімнің салмағы шамамен 40 мл болды және өлшеуден кейін ешқандай ұнтақ пайда болған жоқ.
Тәжірибе алдында ұнтақтың салмағы (mp, g), салыстырмалы ауа ылғалдылығы (RH, %) және температура (°C) жазылды. Сынақ басында бастапқы ұнтақтың заряд тығыздығы (mCl-де q0) ұнтақты Фарадей кесесіне салу арқылы өлшенді. Соңында ұнтақ массасы бекітіліп, тәжірибе соңындағы соңғы заряд тығыздығы (qf, µCl/kg) және Δq (Δq = qf – q0) есептелді.
GranuCharge шикі деректері 2-кестеде және 9-суретте көрсетілген (σ - қайталанымдылық сынағының нәтижелерінен есептелген стандартты ауытқу), ал нәтижелер гистограмма түрінде көрсетілген (тек q0 және Δq көрсетілген). SS 316L бастапқы заряды ең төмен; бұл өнімнің ең жоғары PSD-ге ие болуына байланысты болуы мүмкін. Бастапқы алюминий қорытпасы ұнтағын бастапқы жүктеуге келгенде, қателіктердің мөлшеріне байланысты ешқандай қорытынды жасау мүмкін емес.
316L тот баспайтын болаттан жасалған құбырмен жанасқаннан кейін А үлгісі ең аз заряд алды, ал В және С ұнтақтары ұқсас үрдісті көрсетті, егер SS 316L ұнтағын SS 316L-ге үйкесе, 0-ге жақын заряд тығыздығы табылды (трибоэлектрлік серияны қараңыз). В өнімі әлі де А-ға қарағанда зарядталған. С үлгісі үшін үрдіс жалғасады (бастапқы заряд оң және ағып кетуден кейінгі соңғы заряд), бірақ термиялық ыдыраудан кейін зарядтар саны артады.
200 °C температурада 2 сағаттық термиялық кернеуден кейін ұнтақтың мінез-құлқы өте қызықты бола бастайды. А және В үлгілерінде бастапқы заряд төмендеді, ал соңғы заряд теріс зарядтан оң зарядқа ауысты. SS 316L ұнтағының бастапқы заряды ең жоғары болды және оның заряд тығыздығының өзгеруі оң болды, бірақ төмен болып қалды (яғни 0,033 нКл/г).
Біз алюминий қорытпасының (AlSi10Mg) және 316L тот баспайтын болат ұнтақтарының біріккен әрекетіне термиялық ыдыраудың әсерін зерттедік, ал бастапқы ұнтақтар ауада 200°C температурада 2 сағаттан кейін талданды.
Ұнтақтарды жоғары температурада пайдалану өнімнің ағындылығын жақсарта алады, бұл әсер жоғары меншікті ауданы бар ұнтақтар және жоғары жылу өткізгіштігі бар материалдар үшін маңыздырақ болып көрінеді. GranuDrum ағынды бағалау үшін, GranuPack динамикалық қаптаманы талдау үшін, ал GranuCharge 316L тот баспайтын болат құбырмен жанасқанда ұнтақтың трибоэлектрлік қабілетін талдау үшін пайдаланылды.
Бұл нәтижелер GranuPack көмегімен анықталды, ол термиялық кернеу процесінен кейін әрбір ұнтақ үшін Хауснер коэффициентінің жақсарғанын көрсетті (қателіктердің мөлшеріне байланысты А үлгісінен басқа). Қаптау параметрі (n1/2) бойынша айқын үрдіс табылған жоқ, себебі кейбір өнімдерде қаптау жылдамдығының артуы байқалды, ал басқаларында қарама-қарсы әсер болды (мысалы, В және С үлгілері).