Ne përdorim "cookies" për të përmirësuar përvojën tuaj. Duke vazhduar të shfletoni këtë faqe, ju pranoni përdorimin tonë të "cookies". Informacion shtesë.
Prodhimi aditiv (AM) përfshin krijimin e objekteve 3D, një shtresë ultra të hollë në të njëjtën kohë, duke e bërë atë më të shtrenjtë se përpunimi tradicional. Megjithatë, vetëm një pjesë e vogël e pluhurit saldohet me përbërësin gjatë procesit të montimit. Pjesa tjetër nuk bashkohet, kështu që mund të ripërdoret. Në të kundërt, nëse objekti krijohet në mënyrën klasike, zakonisht kërkon bluarje dhe përpunim mekanik për të hequr materialin.
Vetitë e pluhurit përcaktojnë parametrat e makinës dhe duhet të merren parasysh në radhë të parë. Kostoja e AM nuk do të ishte ekonomike duke pasur parasysh që pluhuri i pashkrirë është i kontaminuar dhe nuk riciklohet. Degradimi i pluhurit rezulton në dy fenomene: modifikim kimik të produktit dhe ndryshime në vetitë mekanike siç janë morfologjia dhe shpërndarja e madhësisë së grimcave.
Në rastin e parë, detyra kryesore është të krijohen struktura të ngurta që përmbajnë aliazhe të pastra, kështu që duhet të shmangim ndotjen e pluhurit, për shembull, me okside ose nitride. Në fenomenin e dytë, këto parametra shoqërohen me rrjedhshmërinë dhe përhapjen. Prandaj, çdo ndryshim në vetitë e pluhurit mund të çojë në një shpërndarje jo uniforme të produktit.
Të dhënat nga botimet e fundit tregojnë se matësit klasikë të rrjedhjes nuk mund të ofrojnë informacion të mjaftueshëm në lidhje me shpërndarjen e pluhurit në AM bazuar në shtratin e pluhurit. Lidhur me karakterizimin e lëndës së parë (ose pluhurit), ekzistojnë disa metoda përkatëse matjeje në treg që mund ta plotësojnë këtë kërkesë. Gjendja e stresit dhe fusha e rrjedhjes së pluhurit duhet të jenë të njëjta në konfigurimin e matjes dhe në proces. Prania e ngarkesave kompresive është e papajtueshme me rrjedhën e sipërfaqes së lirë të përdorur në pajisjet IM në testuesit e prerjes dhe reometrat klasikë.
GranuTools ka zhvilluar një rrjedhë pune për karakterizimin e pluhurit AM. Qëllimi ynë kryesor është të pajisim secilën gjeometri me një mjet të saktë simulimi të procesit, dhe kjo rrjedhë pune përdoret për të kuptuar dhe ndjekur evolucionin e cilësisë së pluhurit në procese të ndryshme printimi. Disa lidhje standarde alumini (AlSi10Mg) u përzgjodhën për kohëzgjatje të ndryshme në ngarkesa të ndryshme termike (nga 100 në 200 °C).
Degradimi termik mund të kontrollohet duke analizuar aftësinë e pluhurit për të grumbulluar një ngarkesë elektrike. Pluhurat u analizuan për rrjedhshmëri (instrumenti GranuDrum), kinetika e paketimit (instrumenti GranuPack) dhe sjellja elektrostatike (instrumenti GranuCharge). Matjet e kohezionit dhe kinetikës së paketimit janë të përshtatshme për ndjekjen e cilësisë së pluhurit.
Pluhurat që aplikohen lehtë do të tregojnë indekse të ulëta kohezioni, ndërsa pluhurat me dinamikë të shpejtë mbushjeje do të prodhojnë pjesë mekanike me porozitet më të ulët krahasuar me produktet më të vështira për t’u mbushur.
Pas disa muajsh ruajtjeje në laboratorin tonë, u përzgjodhën tre pluhura aliazh alumini me shpërndarje të ndryshme të madhësisë së grimcave (AlSi10Mg) dhe një mostër çeliku inox 316L, të referuara këtu si mostrat A, B dhe C. Vetitë e mostrave mund të ndryshojnë nga prodhuesit e tjerë. Shpërndarja e madhësisë së grimcave të mostrës u mat me anë të analizës së difraksionit me lazer/ISO 13320.
Meqenëse ato kontrollojnë parametrat e makinës, vetitë e pluhurit duhet të merren në konsideratë së pari, dhe nëse pluhurat e pashkrirë konsiderohen të kontaminuara dhe të pariciklueshme, atëherë prodhimi aditiv nuk është aq ekonomik sa mund të shpresohet. Prandaj, do të hetohen tre parametra: rrjedha e pluhurit, dinamika e paketimit dhe elektrostatika.
Hapja lidhet me uniformitetin dhe "lëmimin" e shtresës së pluhurit pas operacionit të rilyerjes. Kjo është shumë e rëndësishme pasi sipërfaqet e lëmuara janë më të lehta për t'u printuar dhe mund të ekzaminohen me mjetin GranuDrum me matjen e indeksit të ngjitjes.
Meqenëse poret janë pika të dobëta në një material, ato mund të çojnë në çarje. Dinamika e mbushjes është parametri i dytë kyç, pasi pluhurat e mbushjes së shpejtë ofrojnë porozitet të ulët. Kjo sjellje matet me GranuPack me një vlerë prej n1/2.
Prania e ngarkesave elektrike në pluhur krijon forca kohezive që çojnë në formimin e aglomerateve. GranuCharge mat aftësinë e pluhurave për të gjeneruar një ngarkesë elektrostatike kur janë në kontakt me materiale të zgjedhura gjatë rrjedhjes.
Gjatë përpunimit, GranuCharge mund të parashikojë përkeqësimin e rrjedhjes, për shembull, kur formohet një shtresë në AM. Kështu, matjet e marra janë shumë të ndjeshme ndaj gjendjes së sipërfaqes së kokrrizave (oksidimi, ndotja dhe vrazhdësia). Plakja e pluhurit të rikuperuar mund të përcaktohet me saktësi (±0.5 nC).
GranuDrum është një metodë e programuar e matjes së rrjedhës së pluhurit bazuar në parimin e rrotullimit të daulles. Gjysma e mostrës së pluhurit përmbahet në një cilindër horizontal me mure anësore transparente. Daullja rrotullohet rreth boshtit të saj me një shpejtësi këndore prej 2 deri në 60 rpm, dhe kamera CCD bën fotografi (nga 30 deri në 100 imazhe në intervale 1 sekondëshe). Ndërfaqja ajër/pluhur identifikohet në secilën imazh duke përdorur një algoritëm zbulimi të skajeve.
Llogaritni pozicionin mesatar të ndërfaqes dhe lëkundjet rreth këtij pozicioni mesatar. Për çdo shpejtësi rrotullimi, këndi i rrjedhjes (ose "këndi dinamik i qetësisë") αf llogaritet nga pozicioni mesatar i ndërfaqes, dhe faktori dinamik i kohezionit σf i lidhur me lidhjen ndërkokrriza analizohet nga luhatjet e ndërfaqes.
Këndi i rrjedhjes ndikohet nga një numër parametrash: fërkimi, forma dhe kohezioni midis grimcave (van der Waals, forcat elektrostatike dhe kapilare). Pluhurat kohezivë rezultojnë në rrjedhje me ndërprerje, ndërsa pluhurat jo-viskozë rezultojnë në rrjedhje të rregullt. Vlerat e ulëta të këndit të rrjedhjes αf korrespondojnë me rrjedhje të mirë. Një indeks dinamik i ngjitjes afër zeros korrespondon me një pluhur jo-koheziv, kështu që ndërsa ngjitja e pluhurit rritet, indeksi i ngjitjes rritet në përputhje me rrethanat.
GranuDrum ju lejon të matni këndin e parë të ortekut dhe ajrosjen e pluhurit gjatë rrjedhjes, si dhe të matni indeksin e ngjitjes σf dhe këndin e rrjedhjes αf në varësi të shpejtësisë së rrotullimit.
Matjet e dendësisë në masë, dendësisë së prekjes dhe raportit Hausner të GranuPack (të njohura edhe si "teste prekjeje") janë ideale për karakterizimin e pluhurit për shkak të lehtësisë dhe shpejtësisë së matjes. Dendësia e pluhurit dhe aftësia për të rritur dendësinë e tij janë parametra të rëndësishëm gjatë ruajtjes, transportit, grumbullimit, etj. Procedurat e rekomanduara janë përshkruar në Farmakope.
Ky test i thjeshtë ka tre të meta kryesore. Matja varet nga operatori dhe metoda e mbushjes ndikon në vëllimin fillestar të pluhurit. Matja e vëllimit total mund të çojë në gabime serioze në rezultate. Për shkak të thjeshtësisë së eksperimentit, ne nuk morëm parasysh dinamikën e ngjeshjes midis matjeve fillestare dhe përfundimtare.
Sjellja e pluhurit të futur në daljen e vazhdueshme u analizua duke përdorur pajisje automatike. Matni me saktësi koeficientin e Hausnerit Hr, dendësinë fillestare ρ(0) dhe dendësinë përfundimtare ρ(n) pas n klikimeve.
Numri i trokitjeve zakonisht është i fiksuar në n=500. GranuPack është një matje e automatizuar dhe e avancuar e dendësisë së trokitjeve bazuar në kërkime dinamike të kohëve të fundit.
Mund të përdoren indekse të tjera, por ato nuk jepen këtu. Pluhuri vendoset në një tub metalik përmes një procesi rigoroz të inicializimit automatik. Ekstrapolimi i parametrit dinamik n1/2 dhe dendësisë maksimale ρ(∞) është hequr nga kurba e ngjeshjes.
Një cilindër i lehtë dhe i zbrazët vendoset sipër shtratit të pluhurit për të mbajtur në nivel ndërfaqen pluhur/ajër gjatë ngjeshjes. Tubi që përmban mostrën e pluhurit ngrihet në një lartësi të caktuar ΔZ dhe bie lirisht në një lartësi zakonisht të caktuar në ΔZ = 1 mm ose ΔZ = 3 mm, e cila matet automatikisht pas çdo prekjeje. Llogaritni vëllimin V të grumbullit nga lartësia.
Dendësia është raporti i masës m me vëllimin e shtresës së pluhurit V. Masa e pluhurit m është e njohur, dendësia ρ zbatohet pas çdo goditjeje.
Koeficienti i Hausnerit Hr lidhet me faktorin e ngjeshjes dhe analizohet nga ekuacioni Hr = ρ(500) / ρ(0), ku ρ(0) është dendësia fillestare e masës dhe ρ(500) është rrjedha e llogaritur pas 500 cikleve. Dendësia e tapës. Kur përdoret metoda GranuPack, rezultatet janë të riprodhueshme duke përdorur një sasi të vogël pluhuri (zakonisht 35 ml).
Vetitë e pluhurit dhe vetitë e materialit nga i cili është bërë pajisja janë parametra kyç. Gjatë rrjedhjes, brenda pluhurit gjenerohen ngarkesa elektrostatike për shkak të efektit triboelektrik, i cili është shkëmbimi i ngarkesave kur dy trupa të ngurtë bien në kontakt.
Kur pluhuri rrjedh brenda pajisjes, ndodh një efekt triboelektrik në kontaktin midis grimcave dhe në kontaktin midis grimcave dhe pajisjes.
Pas kontaktit me materialin e përzgjedhur, GranuCharge mat automatikisht sasinë e ngarkesës elektrostatike të gjeneruar brenda pluhurit gjatë rrjedhjes. Mostra e pluhurit rrjedh brenda tubit V që vibron dhe bie në një filxhan Faradei të lidhur me një elektrometër që mat ngarkesën e fituar ndërsa pluhuri lëviz brenda tubit V. Për rezultate të riprodhueshme, përdorni një pajisje rrotulluese ose vibruese për të furnizuar shpesh tubat V.
Efekti triboelektrik bën që një objekt të fitojë elektrone në sipërfaqen e tij dhe kështu të ngarkohet negativisht, ndërsa një objekt tjetër humbet elektrone dhe kështu të ngarkohet pozitivisht. Disa materiale fitojnë elektrone më lehtë se të tjerat, dhe në mënyrë të ngjashme, materiale të tjera humbasin elektrone më lehtë.
Se cili material bëhet negativ dhe cili pozitiv varet nga prirja relative e materialeve të përfshira për të fituar ose humbur elektrone. Për të përfaqësuar këto tendenca, u zhvillua seria triboelektrike e treguar në Tabelën 1. Materialet me një trend pozitiv të ngarkesës dhe të tjera me një trend negativ të ngarkesës janë renditur, dhe metodat e materialeve që nuk tregojnë ndonjë trend sjelljeje janë renditur në mes të tabelës.
Nga ana tjetër, tabela ofron vetëm informacion mbi tendencat në sjelljen e karikimit të materialeve, kështu që GranuCharge u krijua për të ofruar vlera të sakta numerike për sjelljen e karikimit të pluhurave.
U kryen disa eksperimente për të analizuar dekompozimin termik. Mostrat u vendosën në 200°C për një deri në dy orë. Pluhuri analizohet menjëherë me GranuDrum (emri i nxehtë). Pluhuri u vendos më pas në një enë derisa të arrinte temperaturën e ambientit dhe më pas u analizua duke përdorur GranuDrum, GranuPack dhe GranuCharge (domethënë "i ftohtë").
Mostrat e papërpunuara u analizuan duke përdorur GranuPack, GranuDrum dhe GranuCharge në të njëjtën lagështi/temperaturë dhome (domethënë 35.0 ± 1.5% RH dhe temperaturë 21.0 ± 1.0 °C).
Indeksi i kohezionit llogarit rrjedhshmërinë e pluhurave dhe korrelon me ndryshimet në pozicionin e ndërfaqes (pluhur/ajër), e cila është vetëm tre forca kontakti (van der Waals, forcat kapilare dhe elektrostatike). Përpara eksperimentit, u regjistruan lagështia relative e ajrit (RH, %) dhe temperatura (°C). Pastaj pluhuri u derdh në daulle dhe eksperimenti filloi.
Ne arritëm në përfundimin se këto produkte nuk janë të ndjeshme ndaj aglomerimit kur marrim në konsideratë parametrat tiksotropikë. Është interesante se stresi termik ndryshoi sjelljen reologjike të pluhurave të mostrave A dhe B nga trashja me prerje në hollimin me prerje. Nga ana tjetër, Mostrat C dhe SS 316L nuk u prekën nga temperatura dhe treguan vetëm trashje me prerje. Çdo pluhur kishte përhapje më të mirë (domethënë indeks më të ulët të kohezionit) pas ngrohjes dhe ftohjes.
Efekti i temperaturës varet gjithashtu nga sipërfaqja specifike e grimcave. Sa më e lartë të jetë përçueshmëria termike e materialit, aq më i madh është efekti në temperaturë (p.sh. 225° = 250° - 1.? - 1) dhe 316° = 225° = 19° - 1.? - 1). Sa më e vogël të jetë grimca, aq më i madh është efekti i temperaturës. Pluhurat e lidhjeve të aluminit janë të shkëlqyera për aplikime në temperaturë të lartë për shkak të përhapjes së tyre të shtuar, dhe madje edhe mostrat e ftohta arrijnë rrjedhshmëri më të mirë se pluhurat origjinale.
Për çdo eksperiment GranuPack, masa e pluhurit u regjistrua para çdo eksperimenti dhe mostra u godit 500 herë me një frekuencë impakti prej 1 Hz me një rënie të lirë prej 1 mm në qelizën matëse (energjia e impaktit ∝). Mostra shpërndahet në qelizën matëse sipas udhëzimeve të softuerit të pavarura nga përdoruesi. Pastaj matjet u përsëritën dy herë për të vlerësuar riprodhueshmërinë dhe u hetua mesatarja dhe devijimi standard.
Pasi të përfundojë analiza GranuPack, do të përcaktohen dendësia fillestare e masës (ρ(0)), dendësia përfundimtare e masës (në shumë trokitje, n = 500, dmth. ρ(500)), raporti Hausner/indeksi Carr (Hr/Cr) dhe dy parametra regjistrimi (n1/2 dhe τ) që lidhen me kinetikën e ngjeshjes. Gjithashtu tregohet dendësia optimale ρ(∞) (shih Shtojcën 1). Tabela më poshtë ristrukturon të dhënat eksperimentale.
Figurat 6 dhe 7 tregojnë kurbën e përgjithshme të ngjeshjes (dendësia vëllimore kundrejt numrit të ndikimeve) dhe raportin e parametrit n1/2/Hausner. Shiritat e gabimit të llogaritur duke përdorur mesataren tregohen në secilën kurbë, dhe devijimet standarde u llogaritën me anë të testimit të përsëritshmërisë.
Produkti i çelikut inox 316L ishte produkti më i rëndë (ρ(0) = 4.554 g/mL). Për sa i përket dendësisë së prerjes, SS 316L mbetet pluhuri më i rëndë (ρ(n) = 5.044 g/mL), i ndjekur nga Mostra A (ρ(n) = 1.668 g/mL), e ndjekur nga Mostra B (ρ(n) = 1.668 g/ml). /ml) (n) = 1.645 g/ml). Mostra C ishte më e ulëta (ρ(n) = 1.581 g/mL). Sipas dendësisë së pluhurit fillestar, shohim se mostra A është më e lehta, dhe duke marrë parasysh gabimet (1.380 g/ml), mostrat B dhe C kanë afërsisht të njëjtën vlerë.
Ndërsa pluhuri nxehet, raporti i tij Hausner zvogëlohet, dhe kjo ndodh vetëm me mostrat B, C dhe SS 316L. Për mostrën A, nuk ishte e mundur të kryhej për shkak të madhësisë së shiritave të gabimit. Për n1/2, nënvizimi i trendit parametrik është më kompleks. Për mostrën A dhe SS 316L, vlera e n1/2 u ul pas 2 orësh në 200°C, ndërsa për pluhurat B dhe C u rrit pas ngarkimit termik.
Për secilin eksperiment GranuCharge u përdor një ushqyes vibrues (shih Figurën 8). Përdoret tub çeliku inox 316L. Matjet u përsëritën 3 herë për të vlerësuar riprodhueshmërinë. Pesha e produktit të përdorur për secilën matje ishte afërsisht 40 ml dhe nuk u gjet asnjë pluhur pas matjes.
Përpara eksperimentit, u regjistruan pesha e pluhurit (mp, g), lagështia relative e ajrit (RH, %) dhe temperatura (°C). Në fillim të testit, dendësia e ngarkesës së pluhurit primar (q0 në µC/kg) u mat duke e vendosur pluhurin në një filxhan Faradei. Së fundmi, masa e pluhurit u fiksua dhe u llogaritën dendësia përfundimtare e ngarkesës (qf, µC/kg) dhe Δq (Δq = qf – q0) në fund të eksperimentit.
Të dhënat e papërpunuara të GranuCharge tregohen në Tabelën 2 dhe Figurën 9 (σ është devijimi standard i llogaritur nga rezultatet e testit të riprodhueshmërisë), dhe rezultatet tregohen si histogram (tregohen vetëm q0 dhe Δq). SS 316L ka ngarkesën fillestare më të ulët; kjo mund të jetë për shkak të faktit se ky produkt ka PSD-në më të lartë. Kur bëhet fjalë për ngarkimin fillestar të pluhurit të lidhjes primare të aluminit, nuk mund të nxirren përfundime për shkak të madhësisë së gabimeve.
Pas kontaktit me një tub çeliku inox 316L, mostra A mori sasinë më të vogël të ngarkesës, ndërsa pluhurat B dhe C treguan një trend të ngjashëm. Nëse pluhuri SS 316L u fërkua kundër SS 316L, u gjet një dendësi ngarkese afër 0-së (shih serinë triboelektrike). Produkti B është ende më i ngarkuar se A. Për mostrën C, trendi vazhdon (ngarkesë fillestare pozitive dhe ngarkesë përfundimtare pas rrjedhjes), por numri i ngarkesave rritet pas degradimit termik.
Pas 2 orësh stres termik në 200 °C, sjellja e pluhurit bëhet shumë interesante. Në mostrat A dhe B, ngarkesa fillestare u ul dhe ngarkesa përfundimtare u zhvendos nga negative në pozitive. Pluhuri SS 316L kishte ngarkesën fillestare më të lartë dhe ndryshimi i dendësisë së ngarkesës së tij u bë pozitiv, por mbeti i ulët (domethënë 0.033 nC/g).
Ne hetuam efektin e degradimit termik në sjelljen e kombinuar të pluhurave të aliazhit të aluminit (AlSi10Mg) dhe çelikut inox 316L, ndërsa pluhurat origjinale u analizuan pas 2 orësh në 200°C në ajër.
Përdorimi i pluhurave në temperatura të larta mund të përmirësojë rrjedhshmërinë e produktit, një efekt që duket se është më i rëndësishëm për pluhurat me sipërfaqe specifike të lartë dhe materialet me përçueshmëri të lartë termike. GranuDrum u përdor për të vlerësuar rrjedhshmërinë, GranuPack u përdor për analizën dinamike të paketimit dhe GranuCharge u përdor për të analizuar triboelektricitetin e pluhurit në kontakt me tub çeliku inox 316L.
Këto rezultate u përcaktuan duke përdorur GranuPack, i cili tregoi një përmirësim në koeficientin Hausner për secilin pluhur (me përjashtim të mostrës A, për shkak të madhësisë së gabimeve) pas procesit të stresit termik. Nuk u gjet asnjë trend i qartë për parametrin e paketimit (n1/2) pasi disa produkte treguan një rritje në shpejtësinë e paketimit, ndërsa të tjerët kishin një efekt kontrastues (p.sh. Mostrat B dhe C).