Mes naudojame slapukus, kad pagerintume jūsų patirtį. Toliau naršydami šioje svetainėje, jūs sutinkate su mūsų slapukų naudojimu. Papildoma informacija.
Adityvioji gamyba (AM) apima 3D objektų kūrimą po vieną itin ploną sluoksnį, todėl tai yra brangiau nei tradicinis apdirbimas. Tačiau surinkimo proceso metu prie komponento privirinama tik nedidelė dalis miltelių. Likusi dalis nesulydoma, todėl ją galima pakartotinai panaudoti. Priešingai, jei objektas sukuriamas klasikiniu būdu, medžiagai pašalinti paprastai reikia frezavimo ir mechaninio apdirbimo.
Miltelių savybės lemia mašinos parametrus ir į jas reikia atsižvelgti pirmiausia. AM kaina nebūtų ekonomiška, atsižvelgiant į tai, kad neištirpę milteliai yra užteršti ir neperdirbami. Miltelių skaidymas sukelia du reiškinius: cheminę produkto modifikaciją ir mechaninių savybių, tokių kaip morfologija ir dalelių dydžio pasiskirstymas, pokyčius.
Pirmuoju atveju pagrindinė užduotis yra sukurti kietas struktūras, turinčias grynus lydinius, todėl reikia vengti miltelių užteršimo, pavyzdžiui, oksidais ar nitridais. Pastaruoju reiškiniu šie parametrai yra susiję su takumu ir sklaidumu. Todėl bet koks miltelių savybių pasikeitimas gali lemti netolygų produkto pasiskirstymą.
Naujausių publikacijų duomenys rodo, kad klasikiniai srauto matuokliai negali pateikti tinkamos informacijos apie miltelių pasiskirstymą adjuvantinėje medžiagoje (AM), remiantis miltelių sluoksniu. Kalbant apie žaliavos (arba miltelių) apibūdinimą, rinkoje yra keletas tinkamų matavimo metodų, kurie gali patenkinti šį reikalavimą. Įtempio būsena ir miltelių srauto laukas matavimo sistemoje ir procese turi būti vienodi. Gniuždymo apkrovų buvimas nesuderinamas su laisvo paviršiaus srautu, naudojamu IM įrenginiuose, šlyties bandymo įrenginiuose ir klasikiniuose reometruose.
„GranuTools“ sukūrė addityvinės gamybos miltelių charakterizavimo darbo eigą. Mūsų pagrindinis tikslas – aprūpinti kiekvieną geometriją tiksliu proceso modeliavimo įrankiu, o šis darbo eiga naudojamas miltelių kokybės raidai įvairiuose spausdinimo procesuose suprasti ir stebėti. Buvo pasirinkti keli standartiniai aliuminio lydiniai (AlSi10Mg), skirti skirtingai trukmei ir skirtingoms terminėms apkrovoms (nuo 100 iki 200 °C).
Terminį skaidymą galima kontroliuoti analizuojant miltelių gebėjimą kaupti elektros krūvį. Milteliai buvo analizuojami dėl tekėjimo (GranuDrum prietaisas), susitraukimo kinetikos (GranuPack prietaisas) ir elektrostatinio elgesio (GranuCharge prietaisas). Kohezijos ir susitraukimo kinetikos matavimai tinka miltelių kokybei stebėti.
Lengvai tepami milteliai pasižymės mažais kohezijos rodikliais, o greitai užpildomi milteliai leis gauti mažesnio poringumo mechanines dalis, palyginti su sunkiau užpildomais gaminiais.
Po kelių mėnesių laikymo mūsų laboratorijoje buvo atrinkti trys aliuminio lydinio milteliai su skirtingu dalelių dydžio pasiskirstymu (AlSi10Mg) ir vienas 316L nerūdijančio plieno mėginys, čia vadinami A, B ir C mėginiais. Mėginių savybės gali skirtis nuo kitų gamintojų. Mėginio dalelių dydžio pasiskirstymas buvo matuojamas lazerine difrakcine analize / ISO 13320.
Kadangi jie kontroliuoja mašinos parametrus, pirmiausia reikia atsižvelgti į miltelių savybes, o jei neišlydyti milteliai laikomi užterštais ir neperdirbamais, tai adityvioji gamyba nėra tokia ekonomiška, kaip galima tikėtis. Todėl bus tiriami trys parametrai: miltelių srautas, pakavimo dinamika ir elektrostatika.
Tepimo koeficientas susijęs su miltelių sluoksnio vienodumu ir „lygumu“ po pakartotinio padengimo. Tai labai svarbu, nes lygius paviršius lengviau spausdinti ir juos galima ištirti naudojant „GranuDrum“ įrankį su sukibimo indekso matavimu.
Kadangi poros yra silpnosios medžiagos vietos, jos gali sukelti įtrūkimus. Užpildymo dinamika yra antras pagrindinis parametras, nes greitai užpildantys milteliai pasižymi mažu poringumu. Šis elgesys matuojamas naudojant „GranuPack“, kurio vertė yra n1/2.
Dėl milteliuose esančių elektrinių krūvių susidaro kohezinės jėgos, dėl kurių susidaro aglomeratai. „GranuCharge“ matuoja miltelių gebėjimą generuoti elektrostatinį krūvį, kai jie tekėjimo metu liečiasi su pasirinktomis medžiagomis.
Apdorojimo metu „GranuCharge“ gali numatyti tekėjimo pablogėjimą, pavyzdžiui, formuojant sluoksnį adityvinėje technologijoje (AM). Taigi, gauti matavimai yra labai jautrūs grūdų paviršiaus būklei (oksidacijai, užterštumui ir šiurkštumui). Tada galima tiksliai kiekybiškai įvertinti išgautų miltelių senėjimą (±0,5 nC).
„GranuDrum“ yra programuojamas miltelių srauto matavimo metodas, pagrįstas besisukančio būgno principu. Pusė miltelių mėginio yra horizontaliame cilindre su skaidriomis šoninėmis sienelėmis. Būgnas sukasi aplink savo ašį 2–60 aps./min. kampiniu greičiu, o CCD kamera fotografuoja (nuo 30 iki 100 vaizdų kas 1 sekundę). Oro ir miltelių sąsaja kiekviename vaizde identifikuojama naudojant kraštų aptikimo algoritmą.
Apskaičiuokite vidutinę sąsajos padėtį ir svyravimus aplink šią vidutinę padėtį. Kiekvienam sukimosi greičiui iš vidutinės sąsajos padėties apskaičiuojamas tekėjimo kampas (arba „dinaminis ramybės kampas“) αf, o iš sąsajos svyravimų analizuojamas su tarpgrūdėtiniu sukibimu susijęs dinaminis sanglaudos koeficientas σf.
Srauto kampą veikia daug parametrų: trintis, forma ir dalelių kohezija (van der Valso jėga, elektrostatinės ir kapiliarinės jėgos). Kohezyvūs milteliai tekėja pertraukiamai, o neklampūs – tolygiai. Mažos tekėjimo kampo αf vertės atitinka gerą tekėjimą. Dinaminis sukibimo indeksas, artimas nuliui, atitinka nekohezyvius miltelius, todėl didėjant miltelių sukibimui, atitinkamai didėja ir sukibimo indeksas.
„GranuDrum“ leidžia išmatuoti pirmąjį lavinos kampą ir miltelių aeraciją tekėjimo metu, taip pat išmatuoti sukibimo indeksą σf ir tekėjimo kampą αf, priklausomai nuo sukimosi greičio.
„GranuPack“ tūrinio tankio, bakstelėjimo tankio ir Hausnerio santykio matavimai (dar vadinami „bakstelėjimo bandymais“) idealiai tinka miltelių charakterizavimui dėl jų paprastumo ir greičio. Miltelių tankis ir galimybė padidinti jų tankį yra svarbūs parametrai sandėliavimo, transportavimo, aglomeracijos ir kt. metu. Rekomenduojamos procedūros aprašytos Farmakopėjoje.
Šis paprastas bandymas turi tris pagrindinius trūkumus. Matavimas priklauso nuo operatoriaus, o užpildymo būdas turi įtakos pradiniam miltelių tūriui. Bendro tūrio matavimas gali sukelti rimtų rezultatų paklaidų. Dėl eksperimento paprastumo neatsižvelgėme į sutankinimo dinamiką tarp pradinio ir galutinio matavimų.
Į nepertraukiamą išleidimo angą paduodamų miltelių elgsena buvo analizuojama naudojant automatinę įrangą. Tiksliai išmatuokite Hausnerio koeficientą Hr, pradinį tankį ρ(0) ir galutinį tankį ρ(n) po n paspaudimų.
Paprastai bakstelėjimų skaičius yra fiksuotas – n = 500. „GranuPack“ yra automatizuotas ir pažangus bakstelėjimų tankio matavimo įrankis, pagrįstas naujausiais dinaminiais tyrimais.
Galima naudoti ir kitus indeksus, tačiau jie čia nepateikiami. Milteliai į metalinį vamzdelį dedami taikant griežtą automatizuotą inicijavimo procesą. Dinaminio parametro n1/2 ir didžiausio tankio ρ(∞) ekstrapoliacija buvo pašalinta iš sutankinimo kreivės.
Ant miltelių sluoksnio yra lengvas tuščiaviduris cilindras, kad sutankinimo metu miltelių ir oro sąsaja būtų lygi. Vamzdelis su miltelių mėginiu kyla iki fiksuoto aukščio ΔZ ir laisvai krenta į aukštį, kuris paprastai yra fiksuotas ΔZ = 1 mm arba ΔZ = 3 mm, ir automatiškai matuojamas po kiekvieno prisilietimo. Pagal aukštį apskaičiuokite krūvos tūrį V.
Tankis yra miltelių sluoksnio masės m ir tūrio V santykis. Miltelių masė m yra žinoma, tankis ρ taikomas po kiekvieno smūgio.
Hausnerio koeficientas Hr yra susijęs su sutankinimo koeficientu ir analizuojamas pagal lygtį Hr = ρ(500) / ρ(0), kur ρ(0) yra pradinis tūrinis tankis, o ρ(500) yra apskaičiuotas srautas po 500 ciklų. Tankio matavimas. Naudojant „GranuPack“ metodą, rezultatus galima atkartoti naudojant nedidelį kiekį miltelių (paprastai 35 ml).
Pagrindiniai parametrai yra miltelių savybės ir medžiagos, iš kurios pagamintas prietaisas, savybės. Srauto metu miltelių viduje susidaro elektrostatiniai krūviai dėl triboelektrinio efekto, kuris yra krūvių mainai, kai susiduria dvi kietos medžiagos.
Kai milteliai teka įrenginio viduje, dalelių sąlyčio ir dalelių sąlyčio su įrenginiu metu atsiranda triboelektrinis efektas.
„GranuCharge“ sistema, kontaktuodama su pasirinkta medžiaga, automatiškai išmatuoja tekėjimo metu miltelių viduje susidariusio elektrostatinio krūvio kiekį. Miltelių mėginys teka vibruojančio V vamzdelio viduje ir patenka į Faradėjaus taurę, prijungtą prie elektrometro, kuris matuoja krūvį, susidarantį milteliams judant V vamzdelio viduje. Norėdami gauti atkartojamus rezultatus, dažnai maitinkite V vamzdelius naudodami besisukantį arba vibruojantį įrenginį.
Dėl triboelektrinio efekto vienas objektas savo paviršiuje įgyja elektronus ir tokiu būdu įkraunamas neigiamai, o kitas objektas praranda elektronus ir tokiu būdu įkraunamas teigiamai. Kai kurios medžiagos elektronus įgyja lengviau nei kitos, ir panašiai kitos medžiagos elektronus praranda lengviau.
Kuri medžiaga tampa neigiama, o kuri – teigiama, priklauso nuo atitinkamų medžiagų polinkio įgyti arba prarasti elektronus. Šioms tendencijoms pavaizduoti buvo sukurta 1 lentelėje pateikta triboelektrinė eilutė. Išvardytos medžiagos su teigiamo ir neigiamo krūvio tendencija, o medžiagų apdorojimo metodai, kurie nerodo jokios elgsenos tendencijos, išvardyti lentelės viduryje.
Kita vertus, lentelėje pateikiama informacija tik apie medžiagų įkrovimo elgsenos tendencijas, todėl „GranuCharge“ buvo sukurta siekiant pateikti tikslias skaitines miltelių įkrovimo elgsenos vertes.
Buvo atlikta keletas eksperimentų, siekiant išanalizuoti terminį skilimą. Mėginiai buvo laikomi 200 °C temperatūroje vieną ar dvi valandas. Tada milteliai nedelsiant analizuojami naudojant „GranuDrum“ (karštas pavadinimas). Tada milteliai buvo dedami į talpyklą, kol pasieks aplinkos temperatūrą, ir analizuojami naudojant „GranuDrum“, „GranuPack“ ir „GranuCharge“ (t. y. „šaltas“).
Neapdoroti mėginiai buvo analizuojami naudojant „GranuPack“, „GranuDrum“ ir „GranuCharge“ esant tokiai pačiai kambario drėgmei / temperatūrai (t. y. 35,0 ± 1,5 % santykiniam drėgnumui ir 21,0 ± 1,0 °C temperatūrai).
Sanglaudos indeksas apskaičiuoja miltelių takumą ir koreliuoja su sąsajos (milteliai/oras) padėties pokyčiais, kuriuos sudaro tik trys sąlyčio jėgos (van der Valso, kapiliarinė ir elektrostatinė jėgos). Prieš eksperimentą buvo užregistruota santykinė oro drėgmė (RH, %) ir temperatūra (°C). Tada milteliai buvo supilti į būgną ir pradėtas eksperimentas.
Atsižvelgiant į tiksotropinius parametrus, padarėme išvadą, kad šie produktai nėra jautrūs aglomeracijai. Įdomu tai, kad terminis įtempis pakeitė A ir B mėginių miltelių reologines savybes nuo šlyties sutirštėjimo iki šlyties suplonėjimo. Kita vertus, C ir SS 316L mėginiams temperatūra įtakos neturėjo ir jie pasižymėjo tik šlyties sutirštėjimu. Kiekvienas iš miltelių pasižymėjo geresniu tepumu (t. y. mažesniu kohezijos indeksu) po kaitinimo ir aušinimo.
Temperatūros poveikis taip pat priklauso nuo konkretaus dalelių ploto. Kuo didesnis medžiagos šilumos laidumas, tuo didesnis temperatūros poveikis (t. y. ???225°? = 250°.?-1.?-1) ir ???316°. 225°? = 19°.?-1.?-1). Kuo mažesnė dalelė, tuo didesnis temperatūros poveikis. Aliuminio lydinių milteliai puikiai tinka naudoti aukštoje temperatūroje dėl padidėjusio tepumo, o net atšaldyti bandiniai pasiekia geresnį takumą nei originalūs milteliai.
Prieš kiekvieną „GranuPack“ eksperimentą buvo užregistruota miltelių masė, o mėginys matavimo kameroje buvo 500 kartų sudaužytas 1 Hz smūgio dažniu, 1 mm laisvu kritimu (smūgio energija ∝). Mėginys į matavimo kamerą buvo įpilamas pagal nuo vartotojo nepriklausomas programinės įrangos instrukcijas. Tada matavimai buvo pakartoti du kartus, siekiant įvertinti pakartojamumą ir ištirti vidurkį bei standartinį nuokrypį.
Užbaigus „GranuPack“ analizę, apskaičiuojamas pradinis tūrinis tankis (ρ(0)), galutinis tūrinis tankis (po kelių palietimų, n = 500, t. y. ρ(500)), Hausnerio santykis / Carro indeksas (Hr/Cr) ir du registracijos parametrai (n1/2 ir τ), susiję su tankinimo kinetika. Taip pat parodytas optimalus tankis ρ(∞) (žr. 1 priedą). Žemiau esančioje lentelėje pateikiami eksperimentinių duomenų pertvarkymo duomenys.
6 ir 7 paveiksluose parodyta bendra sutankinimo kreivė (tūrinis tankis, priklausomai nuo smūgių skaičiaus) ir n1/2/Hausnerio parametro santykis. Kiekvienoje kreivėje parodytos paklaidų juostos, apskaičiuotos naudojant vidurkį, o standartiniai nuokrypiai buvo apskaičiuoti pakartojamumo bandymu.
316L nerūdijančio plieno gaminys buvo sunkiausias produktas (ρ(0) = 4,554 g/ml). Kalbant apie slydimo tankį, SS 316L išlieka sunkiausiais milteliais (ρ(n) = 5,044 g/ml), po jo seka A mėginys (ρ(n) = 1,668 g/ml), o po jo – B mėginys (ρ(n) = 1,668 g/ml). (n) = 1,645 g/ml). C mėginys buvo mažiausias (ρ(n) = 1,581 g/ml). Pagal pradinių miltelių tūrinį tankį matome, kad A mėginys yra lengviausias, o atsižvelgiant į paklaidas (1,380 g/ml), B ir C mėginių vertės yra maždaug vienodos.
Milteliams kaitinant, jų Hausnerio santykis mažėja, ir tai pasireiškia tik su B, C ir SS 316L mėginiais. A mėginio atveju to nebuvo įmanoma atlikti dėl paklaidų juostų dydžio. n1/2 atveju parametrinis tendencijos pabraukimas yra sudėtingesnis. A mėginio ir SS 316L atveju n1/2 vertė sumažėjo po 2 val. 200 °C temperatūroje, o B ir C miltelių atveju ji padidėjo po terminio apkrovimo.
Kiekvienam „GranuCharge“ eksperimentui buvo naudojamas vibruojantis tiektuvas (žr. 8 pav.). Naudoti 316L nerūdijančio plieno vamzdeliai. Matavimai buvo pakartoti 3 kartus, siekiant įvertinti pakartojamumą. Kiekvienam matavimui naudoto produkto svoris buvo maždaug 40 ml, o po matavimo miltelių nebuvo gauta.
Prieš eksperimentą buvo užregistruotas miltelių svoris (mp, g), santykinė oro drėgmė (RH, %) ir temperatūra (°C). Bandymo pradžioje pirminių miltelių krūvio tankis (q0 µC/kg) buvo išmatuotas įdedant miltelius į Faradėjaus taurę. Galiausiai miltelių masė buvo fiksuota ir apskaičiuotas galutinis krūvio tankis (qf, µC/kg) ir Δq (Δq = qf – q0) eksperimento pabaigoje.
Neapdoroti „GranuCharge“ duomenys pateikti 2 lentelėje ir 9 paveiksle (σ yra standartinis nuokrypis, apskaičiuotas pagal pakartojamumo bandymo rezultatus), o rezultatai pateikti histogramos pavidalu (pateikti tik q0 ir Δq). SS 316L turi mažiausią pradinį įkrovą; tai gali būti dėl to, kad šis produktas turi didžiausią PSD. Kalbant apie pradinį pirminių aliuminio lydinio miltelių įkrovą, dėl paklaidų dydžio negalima daryti jokių išvadų.
Po kontakto su 316L nerūdijančio plieno vamzdžiu, A mėginys įgavo mažiausią krūvį, o B ir C milteliai parodė panašią tendenciją: jei SS 316L milteliai buvo trinamas į SS 316L, nustatytas krūvio tankis, artimas 0 (žr. triboelektrinę seriją). Produktas B vis dar labiau įkrautas nei A. C mėginio atveju tendencija tęsiasi (teigiamas pradinis krūvis ir galutinis krūvis po nuotėkio), tačiau krūvių skaičius padidėja po terminio skaidymo.
Po 2 valandų terminio įtempimo 200 °C temperatūroje miltelių elgsena tampa labai įdomi. A ir B mėginiuose pradinis krūvis sumažėjo, o galutinis krūvis pasikeitė iš neigiamo į teigiamą. SS 316L milteliai turėjo didžiausią pradinį krūvį, o jų krūvio tankio pokytis tapo teigiamas, bet išliko mažas (t. y. 0,033 nC/g).
Mes ištyrėme terminio degradacijos poveikį aliuminio lydinio (AlSi10Mg) ir 316L nerūdijančio plieno miltelių bendram elgesiui, o pradiniai milteliai buvo analizuojami po 2 valandų 200 °C temperatūroje ore.
Naudojant miltelius aukštesnėje temperatūroje, galima pagerinti produkto takumą – šis poveikis, atrodo, yra svarbesnis milteliams, turintiems didelį specifinį plotą, ir medžiagoms, pasižyminčioms dideliu šilumos laidumu. „GranuDrum“ buvo naudojamas takumui įvertinti, „GranuPack“ – dinaminei pakavimo analizei, o „GranuCharge“ – miltelių, besiliečiančių su 316L nerūdijančio plieno vamzdžiu, triboelektriškumui analizuoti.
Šie rezultatai buvo nustatyti naudojant „GranuPack“ programą, kuri parodė kiekvienų miltelių Hausnerio koeficiento pagerėjimą (išskyrus A mėginį dėl paklaidų dydžio) po terminio įtempimo proceso. Pakavimo parametrui (n1/2) aiškios tendencijos nerasta, nes kai kurie produktai parodė padidėjusį pakavimo greitį, o kiti turėjo kontrastingą poveikį (pvz., B ir C mėginiai).