Kami menggunakan kuki untuk meningkatkan pengalaman anda. Dengan terus melayari laman web ini, anda bersetuju dengan penggunaan kuki kami. Maklumat Tambahan.
Pembuatan tambahan (AM) melibatkan penghasilan objek 3D, satu lapisan ultra nipis pada satu masa, menjadikannya lebih mahal daripada pemprosesan tradisional. Walau bagaimanapun, hanya sebahagian kecil serbuk dikimpal pada komponen semasa proses pemasangan. Selebihnya tidak bercantum, jadi ia boleh digunakan semula. Sebaliknya, jika objek dicipta dengan cara klasik, ia biasanya memerlukan penggilingan dan pemesinan untuk membuang bahan.
Sifat-sifat serbuk menentukan parameter mesin dan mesti diambil kira terlebih dahulu. Kos AM tidak akan menjimatkan memandangkan serbuk yang tidak dicairkan tercemar dan tidak boleh dikitar semula. Degradasi serbuk mengakibatkan dua fenomena: pengubahsuaian kimia produk dan perubahan dalam sifat mekanikal seperti morfologi dan taburan saiz zarah.
Dalam kes pertama, tugas utama adalah untuk mencipta struktur pepejal yang mengandungi aloi tulen, jadi kita perlu mengelakkan pencemaran serbuk, contohnya, dengan oksida atau nitrida. Dalam fenomena yang kedua, parameter ini dikaitkan dengan kebendairan dan kebolehsebaran. Oleh itu, sebarang perubahan dalam sifat serbuk boleh menyebabkan taburan produk yang tidak seragam.
Data daripada penerbitan terkini menunjukkan bahawa meter aliran klasik tidak dapat memberikan maklumat yang mencukupi tentang taburan serbuk dalam AM berdasarkan lapisan serbuk. Berkenaan pencirian bahan mentah (atau serbuk), terdapat beberapa kaedah pengukuran yang berkaitan di pasaran yang dapat memenuhi keperluan ini. Keadaan tegasan dan medan aliran serbuk mestilah sama dalam persediaan pengukuran dan dalam proses. Kehadiran beban mampatan tidak serasi dengan aliran permukaan bebas yang digunakan dalam peranti IM dalam penguji ricih dan reometer klasik.
GranuTools telah membangunkan aliran kerja untuk mencirikan serbuk AM. Matlamat utama kami adalah untuk melengkapkan setiap geometri dengan alat simulasi proses yang tepat, dan aliran kerja ini digunakan untuk memahami dan menjejaki evolusi kualiti serbuk dalam pelbagai proses percetakan. Beberapa aloi aluminium standard (AlSi10Mg) telah dipilih untuk tempoh yang berbeza pada beban haba yang berbeza (dari 100 hingga 200 °C).
Degradasi terma boleh dikawal dengan menganalisis keupayaan serbuk untuk mengumpul cas elektrik. Serbuk telah dianalisis untuk kebolehaliran (instrumen GranuDrum), kinetik pembungkusan (instrumen GranuPack) dan kelakuan elektrostatik (instrumen GranuCharge). Pengukuran kohesi dan kinetik pembungkusan sesuai untuk menjejaki kualiti serbuk.
Serbuk yang mudah disapu akan menunjukkan indeks kohesi yang rendah, manakala serbuk dengan dinamik pengisian yang cepat akan menghasilkan bahagian mekanikal dengan keliangan yang lebih rendah berbanding produk yang lebih sukar diisi.
Selepas beberapa bulan penyimpanan di makmal kami, tiga serbuk aloi aluminium dengan taburan saiz zarah yang berbeza (AlSi10Mg) dan satu sampel keluli tahan karat 316L telah dipilih, di sini dirujuk sebagai sampel A, B dan C. Sifat-sifat sampel mungkin berbeza daripada pengeluar lain. Taburan saiz zarah sampel diukur dengan analisis pembelauan laser/ISO 13320.
Oleh kerana ia mengawal parameter mesin, sifat-sifat serbuk mesti dipertimbangkan terlebih dahulu, dan jika serbuk yang tidak dicairkan dianggap tercemar dan tidak boleh dikitar semula, maka pembuatan bahan tambahan tidaklah seekonomik yang diharapkan. Oleh itu, tiga parameter akan disiasat: aliran serbuk, dinamik pembungkusan dan elektrostatik.
Kebolehsampaian berkaitan dengan keseragaman dan "kelicinan" lapisan serbuk selepas operasi salutan semula. Ini sangat penting kerana permukaan licin lebih mudah dicetak dan boleh diperiksa dengan alat GranuDrum dengan pengukuran indeks lekatan.
Oleh kerana liang pori merupakan titik lemah dalam sesuatu bahan, ia boleh menyebabkan retakan. Dinamik pengisian merupakan parameter utama kedua kerana serbuk pengisian pantas memberikan keliangan yang rendah. Tingkah laku ini diukur dengan GranuPack dengan nilai n1/2.
Kehadiran cas elektrik dalam serbuk menghasilkan daya kohesif yang membawa kepada pembentukan aglomerat. GranuCharge mengukur keupayaan serbuk untuk menghasilkan cas elektrostatik apabila bersentuhan dengan bahan terpilih semasa aliran.
Semasa pemprosesan, GranuCharge boleh meramalkan kemerosotan aliran, contohnya, apabila membentuk lapisan dalam AM. Oleh itu, ukuran yang diperoleh sangat sensitif terhadap keadaan permukaan butiran (pengoksidaan, pencemaran dan kekasaran). Penuaan serbuk yang diperoleh kemudiannya boleh diukur dengan tepat (±0.5 nC).
GranuDrum ialah kaedah pengukuran aliran serbuk yang diprogramkan berdasarkan prinsip dram berputar. Separuh daripada sampel serbuk terkandung dalam silinder mendatar dengan dinding sisi lutsinar. Dram berputar mengelilingi paksinya pada kelajuan sudut 2 hingga 60 rpm, dan kamera CCD mengambil gambar (daripada 30 hingga 100 imej pada selang 1 saat). Antara muka udara/serbuk dikenal pasti pada setiap imej menggunakan algoritma pengesanan tepi.
Kira kedudukan purata antara muka dan ayunan di sekitar kedudukan purata ini. Bagi setiap kelajuan putaran, sudut aliran (atau "sudut rehat dinamik") αf dikira daripada kedudukan antara muka min, dan faktor kohesi dinamik σf yang berkaitan dengan ikatan antara butiran dianalisis daripada turun naik antara muka.
Sudut aliran dipengaruhi oleh beberapa parameter: geseran, bentuk dan kohesi antara zarah (van der Waals, daya elektrostatik dan kapilari). Serbuk kohesif menghasilkan aliran sekejap-sekejap, manakala serbuk tidak likat menghasilkan aliran yang sekata. Nilai sudut aliran αf yang rendah sepadan dengan aliran yang baik. Indeks lekatan dinamik yang hampir dengan sifar sepadan dengan serbuk tidak kohesif, jadi apabila lekatan serbuk meningkat, indeks lekatan juga meningkat sewajarnya.
GranuDrum membolehkan anda mengukur sudut pertama runtuhan salji dan pengudaraan serbuk semasa aliran, serta mengukur indeks lekatan σf dan sudut aliran αf bergantung pada kelajuan putaran.
Pengukuran ketumpatan pukal, ketumpatan penorehan dan nisbah Hausner GranuPack (juga dikenali sebagai "ujian penorehan") adalah sesuai untuk pencirian serbuk kerana kemudahan dan kelajuan pengukurannya. Ketumpatan serbuk dan keupayaan untuk meningkatkan ketumpatannya adalah parameter penting semasa penyimpanan, pengangkutan, aglomerasi, dan sebagainya. Prosedur yang disyorkan digariskan dalam Farmakope.
Ujian mudah ini mempunyai tiga kelemahan utama. Pengukuran bergantung pada operator, dan kaedah pengisian mempengaruhi isipadu awal serbuk. Mengukur jumlah isipadu boleh menyebabkan ralat serius dalam keputusan. Disebabkan oleh kesederhanaan eksperimen, kami tidak mengambil kira dinamik pemadatan antara pengukuran awal dan akhir.
Tingkah laku serbuk yang dimasukkan ke dalam saluran keluar berterusan telah dianalisis menggunakan peralatan automatik. Ukur pekali Hausner Hr, ketumpatan awal ρ(0) dan ketumpatan akhir ρ(n) dengan tepat selepas n klik.
Bilangan pili biasanya ditetapkan pada n=500. GranuPack ialah pengukuran ketumpatan pili automatik dan lanjutan berdasarkan penyelidikan dinamik terkini.
Indeks lain boleh digunakan, tetapi ia tidak disediakan di sini. Serbuk dimasukkan ke dalam tiub logam melalui proses permulaan automatik yang ketat. Ekstrapolasi parameter dinamik n1/2 dan ketumpatan maksimum ρ(∞) telah dialih keluar daripada lengkung pemadatan.
Sebuah silinder berongga ringan diletakkan di atas lapisan serbuk untuk mengekalkan paras antara muka serbuk/udara semasa pemadatan. Tiub yang mengandungi sampel serbuk naik ke ketinggian tetap ΔZ dan jatuh bebas pada ketinggian yang biasanya ditetapkan pada ΔZ = 1 mm atau ΔZ = 3 mm, yang diukur secara automatik selepas setiap sentuhan. Kirakan isipadu V longgokan dari ketinggian tersebut.
Ketumpatan ialah nisbah jisim m kepada isipadu lapisan serbuk V. Jisim serbuk m diketahui, ketumpatan ρ dikenakan selepas setiap hentaman.
Pekali Hausner Hr berkaitan dengan faktor pemadatan dan dianalisis dengan persamaan Hr = ρ(500) / ρ(0), dengan ρ(0) ialah ketumpatan pukal awal dan ρ(500) ialah aliran yang dikira selepas 500 kitaran. Ketumpatan paip. Apabila menggunakan kaedah GranuPack, keputusan boleh dihasilkan semula menggunakan sedikit serbuk (biasanya 35 ml).
Sifat-sifat serbuk dan sifat-sifat bahan dari mana peranti itu dibuat adalah parameter utama. Semasa aliran, cas elektrostatik dijana di dalam serbuk disebabkan oleh kesan triboelektrik, iaitu pertukaran cas apabila dua pepejal bersentuhan.
Apabila serbuk mengalir di dalam peranti, kesan triboelektrik berlaku pada sentuhan antara zarah dan pada sentuhan antara zarah dan peranti.
Setelah bersentuhan dengan bahan yang dipilih, GranuCharge secara automatik mengukur jumlah cas elektrostatik yang dihasilkan di dalam serbuk semasa aliran. Sampel serbuk mengalir di dalam tiub-V yang bergetar dan jatuh ke dalam cawan Faraday yang disambungkan ke elektrometer yang mengukur cas yang diperoleh apabila serbuk bergerak di dalam tiub-V. Untuk hasil yang boleh dihasilkan semula, gunakan peranti berputar atau bergetar untuk memasukkan tiub-V dengan kerap.
Kesan triboelektrik menyebabkan satu objek menerima elektron pada permukaannya dan dengan itu menjadi bercas negatif, manakala objek lain kehilangan elektron dan dengan itu menjadi bercas positif. Sesetengah bahan menerima elektron dengan lebih mudah daripada yang lain, dan begitu juga, bahan lain kehilangan elektron dengan lebih mudah.
Bahan yang mana menjadi negatif dan yang mana menjadi positif bergantung pada kecenderungan relatif bahan yang terlibat untuk menerima atau kehilangan elektron. Untuk mewakili trend ini, siri triboelektrik yang ditunjukkan dalam Jadual 1 telah dibangunkan. Bahan dengan trend cas positif dan yang lain dengan trend cas negatif disenaraikan, dan kaedah bahan yang tidak menunjukkan sebarang trend tingkah laku disenaraikan di tengah jadual.
Sebaliknya, jadual tersebut hanya memberikan maklumat tentang trend dalam tingkah laku pengecasan bahan, jadi GranuCharge dicipta untuk memberikan nilai berangka yang tepat untuk tingkah laku pengecasan serbuk.
Beberapa eksperimen telah dijalankan untuk menganalisis penguraian terma. Sampel diletakkan pada suhu 200°C selama satu hingga dua jam. Serbuk tersebut kemudiannya dianalisis dengan segera menggunakan GranuDrum (nama panas). Serbuk tersebut kemudiannya diletakkan di dalam bekas sehingga mencapai suhu ambien dan kemudian dianalisis menggunakan GranuDrum, GranuPack dan GranuCharge (iaitu "sejuk").
Sampel mentah dianalisis menggunakan GranuPack, GranuDrum dan GranuCharge pada kelembapan/suhu bilik yang sama (iaitu 35.0 ± 1.5% RH dan suhu 21.0 ± 1.0 °C).
Indeks kohesi mengira kebolehaliran serbuk dan berkorelasi dengan perubahan kedudukan antara muka (serbuk/udara), iaitu hanya tiga daya sentuhan (daya van der Waals, kapilari dan elektrostatik). Sebelum eksperimen, kelembapan udara relatif (RH, %) dan suhu (°C) telah direkodkan. Kemudian serbuk dituang ke dalam dram, dan eksperimen dimulakan.
Kami menyimpulkan bahawa produk ini tidak mudah terkesan dengan aglomerasi apabila mempertimbangkan parameter tiksotropik. Menariknya, tegasan haba telah mengubah tingkah laku reologi serbuk sampel A dan B daripada penebalan ricih kepada penipisan ricih. Sebaliknya, Sampel C dan SS 316L tidak terjejas oleh suhu dan hanya menunjukkan penebalan ricih. Setiap serbuk mempunyai kebolehsebaran yang lebih baik (iaitu indeks kohesi yang lebih rendah) selepas pemanasan dan penyejukan.
Kesan suhu juga bergantung pada luas spesifik zarah. Semakin tinggi kekonduksian terma bahan, semakin besar kesannya terhadap suhu (iaitu ???225°?=250?.?-1.?-1) dan ???316?. 225°?=19?.?-1.?-1) Semakin kecil zarah, semakin besar kesan suhu. Serbuk aloi aluminium sangat baik untuk aplikasi suhu tinggi kerana kebolehsebarannya yang lebih baik, dan spesimen yang disejukkan juga mencapai kebolehaliran yang lebih baik daripada serbuk asal.
Bagi setiap eksperimen GranuPack, jisim serbuk direkodkan sebelum setiap eksperimen, dan sampel dipukul sebanyak 500 kali dengan frekuensi hentaman 1 Hz dengan jatuhan bebas 1 mm dalam sel pengukur (tenaga hentaman ∝). Sampel dimasukkan ke dalam sel pengukur mengikut arahan perisian bebas pengguna. Kemudian, pengukuran diulang dua kali untuk menilai kebolehulangan dan mengkaji min dan sisihan piawai.
Selepas analisis GranuPack selesai, ketumpatan pukal awal (ρ(0)), ketumpatan pukal akhir (pada berbilang paip, n = 500, iaitu ρ(500)), nisbah Hausner/indeks Carr (Hr/Cr) dan dua parameter pendaftaran (n1/2 dan τ) yang berkaitan dengan kinetik pemadatan. Ketumpatan optimum ρ(∞) juga ditunjukkan (lihat Lampiran 1). Jadual di bawah menstruktur semula data eksperimen.
Rajah 6 dan 7 menunjukkan lengkung pemadatan keseluruhan (ketumpatan pukal berbanding bilangan hentaman) dan nisbah parameter n1/2/Hausner. Bar ralat yang dikira menggunakan min ditunjukkan pada setiap lengkung, dan sisihan piawai dikira melalui ujian kebolehulangan.
Produk keluli tahan karat 316L merupakan produk yang paling berat (ρ(0) = 4.554 g/mL). Dari segi ketumpatan penorehan, SS 316L kekal sebagai serbuk yang paling berat (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). Mengikut ketumpatan pukal serbuk awal, kita dapat melihat bahawa sampel A adalah yang paling ringan, dan dengan mengambil kira ralat (1.380 g/ml), sampel B dan C mempunyai nilai yang hampir sama.
Apabila serbuk dipanaskan, nisbah Hausnernya berkurangan, dan ini hanya berlaku dengan sampel B, C, dan SS 316L. Bagi sampel A, ia tidak dapat dilakukan kerana saiz bar ralat. Bagi n1/2, trend parametrik yang digariskan adalah lebih kompleks. Bagi sampel A dan SS 316L, nilai n1/2 menurun selepas 2 jam pada suhu 200°C, manakala bagi serbuk B dan C ia meningkat selepas pemuatan haba.
Pengumpan bergetar telah digunakan untuk setiap eksperimen GranuCharge (lihat Rajah 8). Gunakan tiub keluli tahan karat 316L. Pengukuran telah diulang sebanyak 3 kali untuk menilai kebolehulangan. Berat produk yang digunakan untuk setiap pengukuran adalah lebih kurang 40 ml dan tiada serbuk yang ditemui selepas pengukuran.
Sebelum eksperimen, berat serbuk (mp, g), kelembapan udara relatif (RH, %), dan suhu (°C) telah direkodkan. Pada permulaan ujian, ketumpatan cas serbuk primer (q0 dalam µC/kg) diukur dengan meletakkan serbuk di dalam cawan Faraday. Akhir sekali, jisim serbuk ditetapkan dan ketumpatan cas akhir (qf, µC/kg) dan Δq (Δq = qf – q0) pada akhir eksperimen dikira.
Data GranuCharge mentah ditunjukkan dalam Jadual 2 dan Rajah 9 (σ ialah sisihan piawai yang dikira daripada keputusan ujian kebolehulangan), dan keputusannya ditunjukkan sebagai histogram (hanya q0 dan Δq ditunjukkan). SS 316L mempunyai cas awal terendah; ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa produk ini mempunyai PSD tertinggi. Apabila melibatkan pemuatan awal serbuk aloi aluminium primer, tiada kesimpulan yang dapat dibuat disebabkan oleh saiz ralat.
Selepas bersentuhan dengan paip keluli tahan karat 316L, sampel A menerima jumlah cas paling sedikit, manakala serbuk B dan C menunjukkan trend yang sama, jika serbuk SS 316L digosok pada SS 316L, ketumpatan cas hampir 0 ditemui (lihat siri triboelektrik). Produk B masih lebih bercas daripada A. Bagi sampel C, trend berterusan (cas awal positif dan cas akhir selepas kebocoran), tetapi bilangan cas meningkat selepas degradasi haba.
Selepas 2 jam tekanan haba pada suhu 200 °C, kelakuan serbuk menjadi sangat menarik. Dalam sampel A dan B, cas awal berkurangan dan cas akhir beralih daripada negatif kepada positif. Serbuk SS 316L mempunyai cas awal tertinggi dan perubahan ketumpatan casnya menjadi positif tetapi kekal rendah (iaitu 0.033 nC/g).
Kami mengkaji kesan degradasi haba terhadap gabungan sifat aloi aluminium (AlSi10Mg) dan serbuk keluli tahan karat 316L, manakala serbuk asal dianalisis selepas 2 jam pada suhu 200°C di udara.
Penggunaan serbuk pada suhu tinggi boleh meningkatkan kebolehaliran produk, satu kesan yang kelihatan lebih penting untuk serbuk dengan luas spesifik yang tinggi dan bahan dengan kekonduksian terma yang tinggi. GranuDrum digunakan untuk menilai aliran, GranuPack digunakan untuk analisis pembungkusan dinamik dan GranuCharge digunakan untuk menganalisis triboelektrik serbuk yang bersentuhan dengan paip keluli tahan karat 316L.
Keputusan ini ditentukan menggunakan GranuPack, yang menunjukkan peningkatan dalam pekali Hausner untuk setiap serbuk (kecuali sampel A, disebabkan oleh saiz ralat) selepas proses tegasan haba. Tiada trend yang jelas ditemui untuk parameter pembungkusan (n1/2) kerana sesetengah produk menunjukkan peningkatan dalam kelajuan pembungkusan manakala yang lain mempunyai kesan yang berbeza (contohnya Sampel B dan C).