Mir benotze Cookien fir Är Erfahrung ze verbesseren. Wann Dir weider op dëser Säit surft, stëmmt Dir eiser Benotzung vu Cookien zou. Zousätzlech Informatiounen.
Additiv Fabrikatioun (AM) besteet doran, 3D-Objeten ze kreéieren, eng ultradënn Schicht gläichzäiteg, wat se méi deier mécht wéi traditionell Veraarbechtung. Allerdéngs gëtt nëmmen en klengen Deel vum Pulver beim Montageprozess un d'Komponent geschweesst. De Rescht schmëlzt net, sou datt se nei benotzt kënne ginn. Am Géigesaz dozou, wann den Objet op déi klassesch Manéier erstallt gëtt, brauch et normalerweis Fräsen a Bearbechtung fir Material ze entfernen.
D'Eegeschafte vum Pulver bestëmmen d'Parameter vun der Maschinn a mussen als éischt berécksiichtegt ginn. D'Käschte vun der AM wieren net ekonomesch, well dat ongeschmolzt Pulver kontaminéiert an net recycléierbar ass. Den Degradatiounsprozess vum Pulver féiert zu zwou Phenomener: chemesch Modifikatioun vum Produkt a Verännerungen an de mechanesche Eegeschafte wéi Morphologie a Partikelgréisstverdeelung.
Am éischte Fall ass d'Haaptaufgab et, fest Strukturen mat rengen Legierungen ze kreéieren, dofir musse mir Kontaminatioun vum Pulver vermeiden, zum Beispill mat Oxiden oder Nitriden. Am leschte Fall sinn dës Parameter mat der Flëssegkeet an der Verdeelbarkeet verbonnen. Dofir kann all Ännerung vun den Eegeschafte vum Pulver zu enger net gläichméisseger Verdeelung vum Produkt féieren.
Donnéeën aus rezenten Publikatiounen weisen drop hin, datt klassesch Duerchflussmiesser keng adäquat Informatiounen iwwer d'Verdeelung vum Pulver an AM baséiert op dem Pulverbett liwweren kënnen. Wat d'Charakteriséierung vum Réimaterial (oder Pulver) ugeet, ginn et verschidde relevant Miessmethoden um Maart, déi dës Ufuerderung erfëllen kënnen. Den Spannungszoustand an d'Pulverflussfeld mussen an der Miessopstellung an am Prozess d'selwecht sinn. D'Präsenz vu Kompressiounslaascht ass net kompatibel mam fräie Flächenfluss, deen an IM-Geräter a Schertester a klassesche Rheometer benotzt gëtt.
GranuTools huet e Workflow fir d'Charakteriséierung vun AM-Pulver entwéckelt. Eist Haaptzil ass et, all Geometrie mat engem präzise Prozesssimulatiounstool auszestatten, an dëse Workflow gëtt benotzt fir d'Entwécklung vun der Pulverqualitéit a verschiddene Drockprozesser ze verstoen an ze verfollegen. Verschidde Standard-Aluminiumlegierungen (AlSi10Mg) goufen fir verschidden Dauer bei verschiddenen thermesche Belaaschtungen (vun 100 bis 200 °C) ausgewielt.
Den thermeschen Degradatioun kann kontrolléiert ginn andeems d'Fäegkeet vum Pulver, eng elektresch Ladung ze accumuléieren, analyséiert gëtt. D'Pulver goufen op Flëssegkeet (GranuDrum Instrument), Packungskinetik (GranuPack Instrument) an elektrostatescht Verhalen (GranuCharge Instrument) analyséiert. Kohäsiouns- a Packungskinetikmiessunge si gëeegent fir d'Pulverqualitéit ze verfollegen.
Pudder, déi einfach opzedroe sinn, weisen niddreg Kohäsiounsindexen, während Pudder mat schneller Fëlldynamik mechanesch Deeler mat enger méi niddreger Porositéit produzéieren am Verglach mat méi schwéier ze fëllen Produkter.
No e puer Méint Lagerung an eisem Laboratoire goufen dräi Aluminiumlegierungspulver mat ënnerschiddleche Partikelgréisstverdeelungen (AlSi10Mg) an eng 316L Edelstolprouf ausgewielt, hei als Proben A, B an C bezeechent. D'Eegeschafte vun de Proben kënne sech vun deenen vun anere Produzenten ënnerscheeden. D'Partikelgréisstverdeelung vun de Proben gouf duerch Laserdiffraktiounsanalyse/ISO 13320 gemooss.
Well si d'Parameteren vun der Maschinn kontrolléieren, mussen d'Eegeschafte vum Pulver als éischt berécksiichtegt ginn, a wann ongeschmolz Pulver als kontaminéiert an net recycléierbar ugesi ginn, dann ass d'additiv Fabrikatioun net sou ekonomesch, wéi ee sech et erhoffte kéint. Dofir ginn dräi Parameteren ënnersicht: Pulverfluss, Packdynamik an Elektrostatik.
D'Streifbarkeet hänkt mat der Uniformitéit an der "Glattheet" vun der Pulverschicht no der Neibeschichtung zesummen. Dëst ass ganz wichteg, well glat Uewerfläche méi einfach ze bedrécken sinn a mam GranuDrum-Tool mat Adhäsiounsindexmiessung ënnersicht kënne ginn.
Well Poren schwaach Punkten an engem Material sinn, kënne si zu Rëss féieren. D'Fëlldynamik ass den zweete Schlësselparameter, well séier Fëllpulver eng niddreg Porositéit bidden. Dëst Verhalen gëtt mat GranuPack mat engem Wäert vun n1/2 gemooss.
D'Präsenz vun elektresche Ladungen am Pulver erstellt kohäsiv Kräften, déi zu der Bildung vun Agglomerater féieren. GranuCharge moosst d'Fäegkeet vu Pulveren, eng elektrostatesch Ladung ze generéieren, wa se a Kontakt mat ausgewählte Materialien während dem Floss kommen.
Wärend der Veraarbechtung kann GranuCharge d'Verschlechterung vum Floss viraussoen, zum Beispill wann eng Schicht am AM geformt gëtt. Dofir sinn déi kritt Miessunge ganz empfindlech op den Zoustand vun der Käruewerfläch (Oxidatioun, Kontaminatioun a Rauheet). D'Alterung vum gewonnenen Pulver kann dann präzis quantifizéiert ginn (±0,5 nC).
De GranuDrum ass eng programméiert Pulverflussmiessmethod baséiert op dem Prinzip vum rotéierende Trommel. D'Halschent vun der Pulverprouf ass an engem horizontalen Zylinder mat transparenten Säitewänn agespaart. D'Trommel dréit sech mat enger Wénkelgeschwindegkeet vun 2 bis 60 U/min ëm seng Achs, an d'CCD-Kamera mécht Biller (vun 30 bis 100 Biller an Intervalle vun 1 Sekonn). D'Loft/Pulver-Grenzfläche gëtt op all Bild mat engem Kantenerkennungsalgorithmus identifizéiert.
Berechent déi duerchschnëttlech Positioun vun der Grenzfläch an d'Schwéngungen ëm dës duerchschnëttlech Positioun. Fir all Rotatiounsgeschwindegkeet gëtt de Stréimungswénkel (oder "dynamesche Rouwénkel") αf aus der duerchschnëttlecher Grenzflächepositioun berechent, an den dynamesche Kohäsiounsfaktor σf, deen mat der Kärenverbindung assoziéiert ass, gëtt aus Grenzflächeschwankungen analyséiert.
De Stroumwénkel gëtt vun enger Rei vu Parameteren beaflosst: Reibung, Form a Kohäsioun tëscht de Partikelen (van der Waals, elektrostatesch a kapillär Kräften). Kohäsiv Pulver féieren zu engem intermittéierende Stroum, während net-viskos Pulver zu engem reegelméissege Stroum féieren. Niddreg Wäerter vum Stroumwénkel αf entspriechen engem gudde Stroum. En dynameschen Adhäsiounsindex no bei Null entsprécht engem net-kohäsive Pulver, sou datt wann d'Adhäsioun vum Pulver eropgeet, den Adhäsiounsindex entspriechend eropgeet.
Mat GranuDrum kënnt Dir den éischte Wénkel vun der Lawin an d'Belëftung vum Pulver während dem Floss moossen, souwéi den Adhäsiounsindex σf an de Flosswénkel αf ofhängeg vun der Rotatiounsgeschwindegkeet moossen.
D'Schummdicht, d'Tapdicht an den Hausner-Verhältnismiessunge vum GranuPack (och bekannt als "Taptest") si wéinst hirer Einfachheet a Geschwindegkeet vun der Miessung ideal fir d'Charakteriséierung vum Pulver. D'Dicht vum Pulver an d'Fäegkeet, seng Dicht ze erhéijen, si wichteg Parameteren während der Lagerung, dem Transport, der Agglomeratioun usw. Recommandéiert Prozedure sinn an der Pharmakopöe beschriwwen.
Dësen einfache Test huet dräi grouss Nodeeler. D'Miessung hänkt vum Bedreiwer of, an d'Method vum Fëllen beaflosst den initialen Volumen vum Pulver. D'Miessung vum Gesamtvolumen kann zu eeschte Feeler an de Resultater féieren. Wéinst der Einfachheet vum Experiment hu mir d'Kompaktiounsdynamik tëscht der initialer an der finaler Miessung net berücksichtegt.
D'Verhale vum Pulver, dat an den kontinuéierlechen Auslaaf gefiddert gouf, gouf mat automatiséierten Ausrüstung analyséiert. Mooss den Hausner-Koeffizient Hr, d'Ufanksdicht ρ(0) an d'Enddicht ρ(n) no n Klicks genee.
D'Zuel vun den Ofstänn gëtt normalerweis op n=500 festgeluecht. De GranuPack ass eng automatiséiert an fortgeschratt Ofstänndichtmiessung baséiert op rezenter dynamescher Fuerschung.
Aner Indizes kënne benotzt ginn, awer si ginn hei net uginn. De Pulver gëtt duerch e rigoréisen automatiséierten Initialiséierungsprozess an e Metallröhrchen placéiert. D'Extrapolatioun vum dynamesche Parameter n1/2 an der maximaler Dicht ρ(∞) gouf aus der Verdichtungskurve ewechgeholl.
E liichte, huel Zylinder sëtzt uewen um Pulverbett, fir d'Grenzfläche tëscht Pulver a Loft während der Verdichtung gläich ze halen. D'Röhre mat der Pulverprouf klëmmt op eng fest Héicht ΔZ a fällt fräi op eng Héicht, déi normalerweis op ΔZ = 1 mm oder ΔZ = 3 mm festgeluecht ass, an déi no all Beréierung automatesch gemooss gëtt. Berechent de Volumen V vum Stapel aus der Héicht.
D'Dicht ass de Verhältnes vun der Mass m zum Volumen vun der Pulverschicht V. D'Mass vum Pulver m ass bekannt, d'Dicht ρ gëtt no all Impakt ugewannt.
Den Hausner-Koeffizient Hr hänkt mam Kompaktiounsfaktor zesummen a gëtt mat der Equatioun Hr = ρ(500) / ρ(0) analyséiert, wou ρ(0) déi initial Schumstoffdicht an ρ(500) de berechente Floss no 500 Zyklen ass. Dichtstreck. Wann d'GranuPack-Method benotzt gëtt, sinn d'Resultater mat enger klenger Quantitéit Pulver (normalerweis 35 ml) reproduzéierbar.
D'Eegeschafte vum Pulver an d'Eegeschafte vum Material, aus deem den Apparat gemaach ass, si Schlësselparameter. Wärend dem Floss ginn elektrostatesch Ladungen am Pulver generéiert wéinst dem triboelektreschen Effekt, deen den Austausch vu Ladungen ass, wann zwou Feststoffer a Kontakt kommen.
Wann de Pulver an den Apparat fléisst, trëtt en triboelektreschen Effekt beim Kontakt tëscht de Partikelen an beim Kontakt tëscht de Partikelen an dem Apparat op.
Beim Kontakt mam gewielte Material moosst de GranuCharge automatesch d'Quantitéit vun der elektrostatischer Ladung, déi am Pulver während dem Floss generéiert gëtt. D'Pulverprouf fléisst an dat vibréierend V-Röhre a fält an eng Faraday-Taass, déi mat engem Elektrometer verbonnen ass, deen d'Ladung moosst, déi sech ophëlt, wann de Pulver sech am V-Röhre beweegt. Fir reproduzéierbar Resultater, benotzt en rotéierend oder vibréierend Apparat fir d'V-Röhre reegelméisseg ze fidderen.
Den triboelektreschen Effekt bewierkt, datt een Objet Elektronen op senger Uewerfläch kritt a sou negativ gelueden gëtt, während en aneren Objet Elektronen verléiert a sou positiv gelueden gëtt. Verschidde Materialien kréien Elektronen méi einfach wéi anerer, an ähnlech verléieren aner Materialien Elektronen méi einfach.
Wéi e Material negativ a wéi e positiv gëtt, hänkt vun der relativer Neigung vun de betraffene Materialien of, Elektronen opzehuelen oder ze verléieren. Fir dës Tendenzen duerzestellen, gouf déi triboelektresch Serie entwéckelt, déi an der Tabell 1 gewisen ass. Materialien mat engem positiven Ladungstrend an aner mat engem negativen Ladungstrend sinn opgezielt, a Materialmethoden, déi keen Verhalenstrend weisen, sinn an der Mëtt vun der Tabell opgezielt.
Op der anerer Säit liwwert d'Tabell nëmmen Informatiounen iwwer Trends am Ladeverhalen vu Materialien, dofir gouf GranuCharge erstallt fir präzis numeresch Wäerter fir d'Ladeverhalen vu Pulver ze liwweren.
Et goufen e puer Experimenter duerchgefouert fir d'thermesch Zersetzung z'analyséieren. D'Prouwe goufen eng bis zwou Stonnen op 200°C geluecht. De Pulver gëtt dann direkt mat GranuDrum (waarmen Numm) analyséiert. De Pulver gouf dann an engem Behälter geluecht bis en d'Ëmgéigungstemperatur erreecht huet an duerno mat GranuDrum, GranuPack a GranuCharge (also "kal") analyséiert.
Réi Prouwe goufen mat GranuPack, GranuDrum a GranuCharge bei der selwechter Raumfiichtegkeet/Temperatur (dh 35,0 ± 1,5% RH an 21,0 ± 1,0 °C) analyséiert.
De Kohäsiounsindex berechent d'Fléissbarkeet vu Pulver a korreléiert mat Ännerungen an der Positioun vun der Grenzfläch (Pulver/Loft), déi nëmmen dräi Kontaktkräfte sinn (Van der Waals-, Kapillar- a Elektrostatesch Kräfte). Virum Experiment goufen déi relativ Loftfiichtegkeet (RH, %) an d'Temperatur (°C) opgeholl. Duerno gouf de Pulver an d'Trommel gegoss, an den Experiment huet ugefaangen.
Mir sinn zum Schluss komm, datt dës Produkter net ufälleg fir Agglomeratioun sinn, wa mir thixotrop Parameter berécksiichtegen. Interessanterweis huet d'thermesch Belaaschtung dat rheologescht Verhale vun de Pulver vun de Proben A an B vu Scherverdickung zu Scherverdënnung geännert. Op der anerer Säit goufen d'Proben C an SS 316L net vun der Temperatur beaflosst a weisen nëmmen eng Scherverdickung. All Pulver hat eng besser Stréchbarkeet (d.h. méi niddrege Kohäsiounsindex) no Erhëtzen an Ofkillen.
Den Temperatureffekt hänkt och vun der spezifescher Fläch vun de Partikelen of. Wat méi héich d'Wärmeleitfäegkeet vum Material ass, wat méi grouss ass den Effekt op d'Temperatur (dh Δ225°?=250°?-1.?-1) an Δ316°?225°?=19°?-1.?-1). Wat méi kleng d'Partikel ass, wat méi grouss ass den Effekt vun der Temperatur. Aluminiumlegierungspulver si wéinst hirer erhéichter Streiffäegkeet exzellent fir Uwendungen bei héijen Temperaturen, a souguer ofgekillte Prouwe erreechen eng besser Flëssfäegkeet wéi déi originell Pulver.
Fir all GranuPack-Experiment gouf d'Mass vum Pulver virun all Experiment opgeholl, an d'Prouf gouf 500 Mol mat enger Schlagfrequenz vun 1 Hz an engem fräie Fall vun 1 mm an der Miesszell getraff (Schlagenergie ∝). D'Prouf gëtt no benotzeronofhängege Softwareinstruktiounen an d'Miesszell bruecht. Duerno goufen d'Miessunge zweemol widderholl fir d'Reproduzéierbarkeet ze bewäerten an de Mëttelwäert an d'Standardofwäichung z'ënnersichen.
Nodeems d'GranuPack-Analyse ofgeschloss ass, ginn déi initial Volumendicht (ρ(0)), déi endgülteg Volumendicht (bei méi Strecken, n = 500, also ρ(500)), den Hausner-Verhältnis/Carr-Index (Hr/Cr) an zwee Aschreiwungsparameter (n1/2 an τ) am Zesummenhang mat der Verdichtungskinetik berechent. Déi optimal Dicht ρ(∞) gëtt och gewisen (kuckt Anhang 1). Déi ënnescht Tabelle restrukturéiert d'experimentell Donnéeën.
D'Figuren 6 an 7 weisen déi allgemeng Verdichtungskurve (Schummdicht géint d'Zuel vun den Impakter) an de Verhältnis vum n1/2/Hausner-Parameter. Feelerbalken, déi mam Mëttelwäert berechent goufen, sinn op all Kurve ugewisen, an d'Standardofwäichunge goufen duerch Widderhuelbarkeetstester berechent.
Den 316L Edelstahlprodukt war dat schwéierst Produkt (ρ(0) = 4,554 g/mL). Wat d'Schlagdicht ugeet, bleift SS 316L dat schwéierst Pulver (ρ(n) = 5,044 g/mL), gefollegt vu Prouf A (ρ(n) = 1,668 g/mL), gefollegt vu Prouf B (ρ(n) = 1,668 g/ml). (n) = 1,645 g/ml). Prouf C war déi niddregst (ρ(n) = 1,581 g/mL). No der Schummdicht vum urspréngleche Pulver gesi mer, datt Prouf A déi liichtst ass, a wann een d'Feeler (1,380 g / ml) berécksiichtegt, hunn d'Prouwe B an C ongeféier dee selwechte Wäert.
Wann de Pulver erhëtzt gëtt, hëlt säin Hausner-Verhältnis of, an dat geschitt nëmme bei de Prouwe B, C an SS 316L. Fir d'Prouf A war et net méiglech, dës Method duerchzeféieren, wéinst der Gréisst vun de Feelerbalken. Fir n1/2 ass d'parametresch Trendënnersträichung méi komplex. Fir d'Prouf A an SS 316L ass de Wäert vun n1/2 no 2 Stonnen bei 200°C erofgaang, während en fir d'Pulver B an C no der thermescher Belaaschtung eropgaangen ass.
Fir all GranuCharge-Experiment gouf e vibréierende Fütterungsapparat benotzt (kuckt Figur 8). Et gouf 316L Edelstahlréier benotzt. D'Miessunge goufen 3-mol widderholl fir d'Reproduzéierbarkeet ze bewäerten. D'Gewiicht vum Produkt, dat fir all Miessung benotzt gouf, war ongeféier 40 ml an no der Miessung gouf kee Pulver fonnt.
Virum Experiment goufen d'Gewiicht vum Pulver (mp, g), déi relativ Loftfiichtegkeet (RH, %) an d'Temperatur (°C) opgeholl. Zu Ufank vum Test gouf d'Ladungsdicht vum Primärpulver (q0 a µC/kg) gemooss, andeems de Pulver an eng Faraday-Taass geluecht gouf. Schlussendlech gouf d'Pulvermass festgeluecht an déi endgülteg Ladungsdicht (qf, µC/kg) an Δq (Δq = qf – q0) um Enn vum Experiment berechent.
Déi réi GranuCharge-Donnéeë sinn an der Tabell 2 an an der Figur 9 gewisen (σ ass d'Standardofwäichung, déi aus de Resultater vum Reproduzéierbarkeetstest berechent gëtt), an d'Resultater ginn als Histogramm gewisen (nëmmen q0 an Δq ginn ugewisen). SS 316L huet déi niddregst Ufanksladung; dëst kéint doduerch bedingt sinn, datt dëst Produkt déi héchst PSD huet. Wat d'Ufanksladung vum primäre Aluminiumlegierungspulver ugeet, kënnen keng Conclusiounen gezunn ginn wéinst der Gréisst vun de Feeler.
Nom Kontakt mat engem 316L Edelstahlrouer huet d'Prouf A déi geringst Ladung kritt, während d'Pulver B an C en ähnlechen Trend gewisen hunn. Wann SS 316L Pulver géint SS 316L geriwwe gouf, gouf eng Ladungsdicht no bei 0 festgestallt (kuckt triboelektresch Serie). Produkt B ass ëmmer nach méi gelueden wéi A. Fir d'Prouf C geet den Trend weider (positiv Ufanksladung a Schlussladung nom Leckage), awer d'Zuel vun de Ladungen klëmmt no der thermescher Degradatioun.
No 2 Stonne Wärmestress bei 200 °C gëtt d'Verhale vum Pulver ganz interessant. An de Proben A a B ass d'Ufanksladung erofgaang an d'Endladung ass vu negativ op positiv verréckelt. SS 316L Pulver hat déi héchst Ufanksladung an seng Ladungsdichtännerung gouf positiv, awer ass niddreg bliwwen (dh 0,033 nC/g).
Mir hunn den Effekt vun der thermescher Degradatioun op dat kombinéiert Verhale vun Aluminiumlegierung (AlSi10Mg) a 316L Edelstolpulver ënnersicht, während déi ursprénglech Pulver no 2 Stonnen bei 200°C an der Loft analyséiert goufen.
D'Benotzung vu Pulver bei erhéichten Temperaturen kann d'Fléissbarkeet vum Produkt verbesseren, en Effekt, deen anscheinend méi wichteg fir Pulver mat héijer spezifescher Fläch a Materialien mat héijer thermescher Konduktivitéit ass. GranuDrum gouf benotzt fir d'Fléissung ze evaluéieren, GranuPack gouf fir dynamesch Packungsanalyse benotzt, a GranuCharge gouf benotzt fir d'Triboelektrizitéit vum Pulver a Kontakt mat engem 316L Edelstahlrohr ze analyséieren.
Dës Resultater goufe mat GranuPack bestëmmt, wat eng Verbesserung vum Hausner-Koeffizient fir all Pulver (mat Ausnam vu Prouf A, wéinst der Gréisst vun de Feeler) nom thermesche Stressprozess gewisen huet. Et gouf kee kloeren Trend fir de Packparameter (n1/2) festgestallt, well verschidde Produkter eng Erhéijung vun der Packgeschwindegkeet gewisen hunn, während anerer e kontrastéierenden Effekt haten (z.B. Prouwe B an C).