Mēs izmantojam sīkfailus, lai uzlabotu jūsu pieredzi.Turpinot pārlūkot šo vietni, jūs piekrītat sīkdatņu izmantošanai.Papildus informācija.
Aditīvā ražošana (AM) ietver 3D objektu izveidi, pa vienam īpaši plānam slānim, padarot to dārgāku nekā tradicionālā apstrāde.Tomēr tikai neliela pulvera daļa tiek piemetināta pie detaļas montāžas procesā.Pārējie nesaplūst, tāpēc tos var izmantot atkārtoti.Turpretim, ja objekts ir izveidots klasiskā veidā, materiāla noņemšanai parasti ir nepieciešama frēzēšana un apstrāde.
Pulvera īpašības nosaka mašīnas parametrus, un tās vispirms ir jāņem vērā.AM izmaksas nebūtu ekonomiskas, ņemot vērā, ka neizkusušais pulveris ir piesārņots un nav pārstrādājams.Pulvera sadalīšanās rezultātā rodas divas parādības: produkta ķīmiskā modifikācija un mehānisko īpašību izmaiņas, piemēram, morfoloģija un daļiņu izmēra sadalījums.
Pirmajā gadījumā galvenais uzdevums ir izveidot cietas struktūras, kas satur tīrus sakausējumus, tāpēc mums ir jāizvairās no pulvera piesārņošanas, piemēram, ar oksīdiem vai nitrīdiem.Pēdējā parādībā šie parametri ir saistīti ar plūstamību un izkliedējamību.Tāpēc jebkuras izmaiņas pulvera īpašībās var izraisīt nevienmērīgu produkta sadalījumu.
Dati no jaunākajām publikācijām liecina, ka klasiskie plūsmas mērītāji nevar sniegt adekvātu informāciju par pulvera sadalījumu AM, pamatojoties uz pulvera slāni.Attiecībā uz izejmateriāla (vai pulvera) raksturojumu tirgū ir vairākas atbilstošas ​​mērīšanas metodes, kas var apmierināt šo prasību.Sprieguma stāvoklim un pulvera plūsmas laukam jābūt vienādam mērīšanas iestatījumos un procesā.Saspiešanas slodžu klātbūtne nav savienojama ar brīvo virsmas plūsmu, ko izmanto IM ierīcēs bīdes testeros un klasiskajos reometros.
GranuTools ir izstrādājis darbplūsmu AM pulvera raksturošanai.Mūsu galvenais mērķis ir aprīkot katru ģeometriju ar precīzu procesa simulācijas rīku, un šī darbplūsma tiek izmantota, lai izprastu un izsekotu pulvera kvalitātes attīstībai dažādos drukas procesos.Tika izvēlēti vairāki standarta alumīnija sakausējumi (AlSi10Mg) dažādiem ilgumiem pie dažādām termiskām slodzēm (no 100 līdz 200 °C).
Termisko degradāciju var kontrolēt, analizējot pulvera spēju uzkrāt elektrisko lādiņu.Pulverus analizēja attiecībā uz plūstamību (GranuDrum instruments), iepakošanas kinētiku (GranuPack instruments) un elektrostatisko izturēšanos (GranuCharge instruments).Kohēzijas un iepakojuma kinētikas mērījumi ir piemēroti pulvera kvalitātes izsekošanai.
Viegli uzklājamie pulveri uzrādīs zemus kohēzijas indeksus, savukārt pulveri ar ātru pildījuma dinamiku ražos mehāniskās daļas ar zemāku porainību, salīdzinot ar grūtāk pildāmiem produktiem.
Pēc vairāku mēnešu uzglabāšanas mūsu laboratorijā tika atlasīti trīs alumīnija sakausējuma pulveri ar dažādu daļiņu izmēru sadalījumu (AlSi10Mg) un viens 316L nerūsējošā tērauda paraugs, šeit saukti par A, B un C paraugiem. Paraugu īpašības var atšķirties no citiem ražotājiem.Parauga daļiņu izmēru sadalījums tika mērīts ar lāzera difrakcijas analīzi/ISO 13320.
Tā kā tie kontrolē iekārtas parametrus, vispirms ir jāņem vērā pulvera īpašības, un, ja neizkusušie pulveri tiek uzskatīti par piesārņotiem un nepārstrādājamiem, tad piedevu ražošana nav tik ekonomiska, kā varētu cerēt.Tāpēc tiks pētīti trīs parametri: pulvera plūsma, blīvēšanas dinamika un elektrostatika.
Smērējamība ir saistīta ar pulvera slāņa viendabīgumu un “gludumu” pēc pārklāšanas.Tas ir ļoti svarīgi, jo gludas virsmas ir vieglāk apdrukāt, un tās var pārbaudīt ar GranuDrum rīku ar adhēzijas indeksa mērījumu.
Tā kā poras ir materiāla vājās vietas, tās var izraisīt plaisas.Uzpildes dinamika ir otrs galvenais parametrs, jo ātri pildāmi pulveri nodrošina zemu porainību.Šī darbība tiek mērīta ar GranuPack ar vērtību n1/2.
Elektrisko lādiņu klātbūtne pulverī rada kohēzijas spēkus, kas izraisa aglomerātu veidošanos.GranuCharge mēra pulveru spēju radīt elektrostatisko lādiņu, nonākot saskarē ar izvēlētiem materiāliem plūsmas laikā.
Apstrādes laikā GranuCharge var paredzēt plūsmas pasliktināšanos, piemēram, veidojot slāni AM.Tādējādi iegūtie mērījumi ir ļoti jutīgi pret graudu virsmas stāvokli (oksidāciju, piesārņojumu un raupjumu).Pēc tam var precīzi noteikt reģenerētā pulvera novecošanos (± 0,5 nC).
GranuDrum ir ieprogrammēta pulvera plūsmas mērīšanas metode, kuras pamatā ir rotējoša cilindra princips.Puse no pulvera parauga atrodas horizontālā cilindrā ar caurspīdīgām sānu sienām.Bungas griežas ap savu asi ar leņķisko ātrumu no 2 līdz 60 apgr./min, un CCD kamera uzņem attēlus (no 30 līdz 100 attēliem ar 1 sekundes intervālu).Gaisa/pulvera saskarne tiek identificēta katrā attēlā, izmantojot malu noteikšanas algoritmu.
Aprēķiniet saskarnes vidējo pozīciju un svārstības ap šo vidējo pozīciju.Katram rotācijas ātrumam plūsmas leņķis (vai "dinamiskais atpūtas leņķis") αf tiek aprēķināts no vidējās saskarnes pozīcijas, un dinamiskās kohēzijas koeficients σf, kas saistīts ar starpgraudu savienojumu, tiek analizēts no saskarnes svārstībām.
Plūsmas leņķi ietekmē vairāki parametri: berze, forma un kohēzija starp daļiņām (van der Waals, elektrostatiskie un kapilārie spēki).Savienoti pulveri rada periodisku plūsmu, savukārt neviskozi pulveri nodrošina regulāru plūsmu.Zemas plūsmas leņķa αf vērtības atbilst labai plūsmai.Dinamiskais adhēzijas indekss, kas tuvs nullei, atbilst nesakarīgam pulverim, tāpēc, palielinoties pulvera adhēzijai, adhēzijas indekss attiecīgi palielinās.
GranuDrum ļauj izmērīt pirmo lavīnas leņķi un pulvera aerāciju plūsmas laikā, kā arī izmērīt saķeres indeksu σf un plūsmas leņķi αf atkarībā no griešanās ātruma.
GranuPack tilpuma blīvuma, pieskaršanās blīvuma un Hausnera attiecības mērījumi (pazīstami arī kā “izsitīšanas testi”) ir ideāli piemēroti pulvera raksturošanai, jo to mērīšana ir vienkārša un ātra.Pulvera blīvums un spēja palielināt tā blīvumu ir svarīgi parametri uzglabāšanas, transportēšanas, aglomerācijas uc laikā. Ieteicamās procedūras ir izklāstītas Farmakopejā.
Šim vienkāršajam testam ir trīs galvenie trūkumi.Mērījums ir atkarīgs no operatora, un iepildīšanas metode ietekmē sākotnējo pulvera tilpumu.Kopējā tilpuma mērīšana rezultātos var radīt nopietnas kļūdas.Eksperimenta vienkāršības dēļ mēs neņēmām vērā blīvēšanas dinamiku starp sākotnējo un galīgo mērījumu.
Nepārtrauktā izplūdes atverē ievadītā pulvera uzvedība tika analizēta, izmantojot automatizētu aprīkojumu.Precīzi izmēra Hausnera koeficientu Hr, sākotnējo blīvumu ρ(0) un galīgo blīvumu ρ(n) pēc n klikšķiem.
Pieskārienu skaits parasti tiek fiksēts uz n=500.GranuPack ir automatizēts un uzlabots pieskāriena blīvuma mērījums, kas balstīts uz jaunākajiem dinamiskajiem pētījumiem.
Var izmantot citus indeksus, taču tie šeit nav sniegti.Pulveris tiek ievietots metāla caurulē, izmantojot stingru automatizētu inicializācijas procesu.No blīvēšanas līknes izņemta dinamiskā parametra n1/2 un maksimālā blīvuma ρ(∞) ekstrapolācija.
Viegls dobs cilindrs atrodas pulvera slāņa augšpusē, lai saglabātu pulvera/gaisa saskarnes līmeni blīvēšanas laikā.Caurule, kurā atrodas pulvera paraugs, paceļas līdz fiksētam augstumam ΔZ un brīvi nokrīt augstumā, kas parasti ir fiksēts pie ΔZ = 1 mm vai ΔZ = 3 mm, kas tiek automātiski mērīts pēc katra pieskāriena.Aprēķiniet kaudzes tilpumu V no augstuma.
Blīvums ir masas m attiecība pret pulvera slāņa tilpumu V. Pulvera masa m ir zināma, blīvums ρ tiek piemērots pēc katra trieciena.
Hausnera koeficients Hr ir saistīts ar blīvēšanas koeficientu un tiek analizēts ar vienādojumu Hr = ρ(500) / ρ(0), kur ρ(0) ir sākotnējais tilpuma blīvums un ρ(500) ir aprēķinātā plūsma pēc 500 cikliem.Blīvuma krāns.Izmantojot GranuPack metodi, rezultāti ir reproducējami, izmantojot nelielu pulvera daudzumu (parasti 35 ml).
Galvenie parametri ir pulvera īpašības un materiāla īpašības, no kuras izgatavota ierīce.Plūsmas laikā pulvera iekšpusē rodas elektrostatiskie lādiņi triboelektriskā efekta dēļ, kas ir lādiņu apmaiņa, saskaroties divām cietām vielām.
Kad pulveris ieplūst ierīces iekšpusē, daļiņu saskarē un daļiņu un ierīces saskarē rodas triboelektriskais efekts.
Saskaroties ar izvēlēto materiālu, GranuCharge automātiski mēra elektrostatiskā lādiņa daudzumu, kas rodas pulvera iekšpusē plūsmas laikā.Pulvera paraugs ieplūst vibrējošā V veida caurulē un iekrīt Faradeja kausā, kas savienots ar elektrometru, kas mēra lādiņu, kas iegūts, pulverim pārvietojoties V veida caurulē.Reproducējamiem rezultātiem izmantojiet rotējošu vai vibrējošu ierīci, lai bieži padotu V veida caurules.
Triboelektriskā efekta rezultātā viens objekts iegūst elektronus uz tā virsmas un tādējādi kļūst negatīvi uzlādēts, bet cits objekts zaudē elektronus un tādējādi kļūst pozitīvi uzlādēts.Daži materiāli iegūst elektronus vieglāk nekā citi, un līdzīgi citi materiāli zaudē elektronus vieglāk.
Kurš materiāls kļūst negatīvs un kurš pozitīvs, ir atkarīgs no iesaistīto materiālu relatīvās tieksmes iegūt vai zaudēt elektronus.Lai attēlotu šīs tendences, tika izstrādātas 1. tabulā parādītās triboelektriskās sērijas.Materiāli ar pozitīvu lādiņa tendenci un citi ar negatīvu lādiņa tendenci ir uzskaitīti, bet materiālu metodes, kas neuzrāda nekādas uzvedības tendences, ir norādītas tabulas vidū.
No otras puses, tabulā ir sniegta tikai informācija par tendencēm materiālu uzlādes darbībā, tāpēc GranuCharge tika izveidots, lai nodrošinātu precīzas skaitliskās vērtības pulveru uzlādes uzvedībai.
Tika veikti vairāki eksperimenti, lai analizētu termisko sadalīšanos.Paraugi tika novietoti 200 ° C temperatūrā vienu līdz divas stundas.Pēc tam pulveri nekavējoties analizē ar GranuDrum (karstais nosaukums).Pēc tam pulveris tika ievietots traukā, līdz tas sasniedza apkārtējās vides temperatūru, un pēc tam analizēts, izmantojot GranuDrum, GranuPack un GranuCharge (ti, “auksts”).
Neapstrādāti paraugi tika analizēti, izmantojot GranuPack, GranuDrum un GranuCharge vienā un tajā pašā telpas mitrumā/temperatūrā (ti, 35,0 ± 1,5% RH un 21,0 ± 1,0 °C temperatūrā).
Kohēzijas indekss aprēķina pulveru plūstamību un korelē ar saskarnes stāvokļa izmaiņām (pulveris/gaiss), kas ir tikai trīs kontaktspēki (van der Waals, kapilārie un elektrostatiskie spēki).Pirms eksperimenta tika reģistrēts relatīvais gaisa mitrums (RH, %) un temperatūra (°C).Tad pulveris tika iebērts bungā, un sākās eksperiments.
Mēs secinājām, ka šie produkti nav jutīgi pret aglomerāciju, ņemot vērā tiksotropos parametrus.Interesanti, ka termiskais spriegums mainīja A un B paraugu pulveru reoloģisko uzvedību no bīdes sabiezēšanas līdz bīdes retināšanai.No otras puses, paraugus C un SS 316L neietekmēja temperatūra, un tiem bija tikai bīdes sabiezējums.Katram pulverim pēc karsēšanas un atdzesēšanas bija labāka smērējamība (ti, zemāks kohēzijas indekss).
Temperatūras efekts ir atkarīgs arī no konkrētā daļiņu laukuma.Jo augstāka materiāla siltumvadītspēja, jo lielāka ietekme uz temperatūru (ti ???225°?=250?.?-1.?-1) un ???316?.225°?=19?.?-1.?-1) Jo mazāka daļiņa, jo lielāka temperatūras ietekme.Alumīnija sakausējuma pulveri ir lieliski piemēroti lietošanai augstā temperatūrā, jo tiem ir palielināta smērējamība, un pat atdzesēti paraugi nodrošina labāku plūstamību nekā oriģinālie pulveri.
Katram GranuPack eksperimentam pulvera masa tika reģistrēta pirms katra eksperimenta, un paraugs tika trāpīts 500 reizes ar trieciena frekvenci 1 Hz ar brīvu kritienu 1 mm mērīšanas šūnā (trieciena enerģija ∝).Paraugs tiek ievadīts mērīšanas kamerā saskaņā ar lietotāja neatkarīgām programmatūras instrukcijām.Pēc tam mērījumus atkārtoja divas reizes, lai novērtētu reproducējamību un pētītu vidējo un standarta novirzi.
Kad GranuPack analīze ir pabeigta, sākotnējais tilpuma blīvums (ρ(0)), galīgais tilpuma blīvums (vairākos pieskārienos, n = 500, ti, ρ(500)), Hausnera attiecība/Carr indekss (Hr/Cr) un divi reģistrācijas parametri (n1/2 un τ), kas saistīti ar blīvēšanas kinētiku.Parādīts arī optimālais blīvums ρ(∞) (sk. 1. pielikumu).Tālāk esošajā tabulā ir pārstrukturēti eksperimentālie dati.
6. un 7. attēlā parādīta kopējā blīvēšanas līkne (tilpums pret triecienu skaitu) un n1/2/Hausnera parametru attiecība.Kļūdu joslas, kas aprēķinātas, izmantojot vidējo, ir parādītas katrā līknē, un standarta novirzes tika aprēķinātas, pārbaudot atkārtojamību.
316 L nerūsējošā tērauda izstrādājums bija vissmagākais produkts (ρ(0) = 4,554 g/ml).Pieskaršanās blīvuma ziņā SS 316L joprojām ir smagākais pulveris (ρ(n) = 5,044 g/ml), kam seko paraugs A (ρ(n) = 1,668 g/mL), kam seko paraugs B (ρ(n) = 1,668 g/ml)./ml) (n) = 1,645 g/ml).C paraugs bija viszemākais (ρ(n) = 1,581 g/ml).Saskaņā ar sākotnējā pulvera tilpuma blīvumu mēs redzam, ka A paraugs ir vieglākais, un, ņemot vērā kļūdas (1,380 g / ml), B un C paraugiem ir aptuveni vienāda vērtība.
Kad pulveris tiek karsēts, tā Hausnera koeficients samazinās, un tas notiek tikai ar paraugiem B, C un SS 316L.A paraugu nebija iespējams veikt kļūdu joslu lieluma dēļ.n1/2 parametru tendences pasvītrojums ir sarežģītāks.Paraugam A un SS 316L n1/2 vērtība samazinājās pēc 2 h pie 200°C, savukārt pulveriem B un C palielinājās pēc termiskās slodzes.
Katram GranuCharge eksperimentam tika izmantots vibrējošs padevējs (sk. 8. attēlu).Izmantojiet 316L nerūsējošā tērauda caurules.Mērījumi tika atkārtoti 3 reizes, lai novērtētu reproducējamību.Katram mērījumam izmantotā produkta svars bija aptuveni 40 ml, un pēc mērīšanas pulveris netika atgūts.
Pirms eksperimenta tika reģistrēts pulvera svars (mp, g), relatīvais gaisa mitrums (RH, %) un temperatūra (°C).Testa sākumā primārā pulvera lādiņa blīvums (q0 µC/kg) tika mērīts, ievietojot pulveri Faradeja krūzē.Visbeidzot tika fiksēta pulvera masa un aprēķināts galīgais lādiņa blīvums (qf, µC/kg) un Δq (Δq = qf – q0) eksperimenta beigās.
Neapstrādātie GranuCharge dati ir parādīti 2. tabulā un 9. attēlā (σ ir standarta novirze, kas aprēķināta no reproducējamības testa rezultātiem), un rezultāti ir parādīti kā histogramma (tiek parādīti tikai q0 un Δq).SS 316L ir viszemākā sākotnējā uzlāde;tas var būt saistīts ar faktu, ka šim produktam ir visaugstākais PSD.Runājot par primārā alumīnija sakausējuma pulvera sākotnējo iekraušanu, nevar izdarīt secinājumus kļūdu lieluma dēļ.
Pēc saskares ar 316L nerūsējošā tērauda cauruli A paraugs saņēma vismazāko lādiņu, savukārt pulveris B un C uzrādīja līdzīgu tendenci, ja SS 316L pulveris tika berzēts pret SS 316L, tika konstatēts lādiņa blīvums tuvu 0 (skatīt triboelektrisko sēriju).Produkts B joprojām ir uzlādēts vairāk nekā A. C paraugam tendence turpinās (pozitīvs sākotnējais lādiņš un pēdējais lādiņš pēc noplūdes), bet lādiņu skaits palielinās pēc termiskās degradācijas.
Pēc 2 stundu termiskā stresa 200 ° C temperatūrā pulvera uzvedība kļūst ļoti interesanta.A un B paraugos sākotnējais lādiņš samazinājās un galīgais lādiņš no negatīva pārgāja uz pozitīvu.SS 316L pulverim bija visaugstākais sākotnējais lādiņš, un tā lādiņa blīvuma izmaiņas kļuva pozitīvas, bet palika zemas (ti, 0,033 nC/g).
Mēs pētījām termiskās degradācijas ietekmi uz alumīnija sakausējuma (AlSi10Mg) un 316L nerūsējošā tērauda pulveru kombinēto uzvedību, savukārt oriģinālie pulveri tika analizēti pēc 2 stundām 200 ° C temperatūrā.
Pulveru izmantošana paaugstinātā temperatūrā var uzlabot produkta plūstamību, kas, šķiet, ir svarīgāka pulveriem ar lielu īpatnējo laukumu un materiāliem ar augstu siltumvadītspēju.GranuDrum tika izmantots plūsmas novērtēšanai, GranuPack tika izmantots dinamiskai iepakojuma analīzei, un GranuCharge tika izmantots, lai analizētu pulvera triboelektriskumu saskarē ar 316L nerūsējošā tērauda cauruli.
Šie rezultāti tika noteikti, izmantojot GranuPack, kas uzrādīja Hausnera koeficienta uzlabošanos katram pulverim (izņemot A paraugu kļūdu lieluma dēļ) pēc termiskā stresa procesa.Netika konstatēta skaidra tendence attiecībā uz iepakošanas parametru (n1/2), jo dažiem produktiem bija palielinājies iepakošanas ātrums, bet citiem bija kontrastējoša iedarbība (piemēram, B un C paraugi).