Користимо колачиће како бисмо побољшали ваше искуство. Наставком прегледања ове странице, пристајете на нашу употребу колачића. Додатне информације.
Адитивна производња (АМ) подразумева креирање 3Д објеката, један ултратанки слој истовремено, што је чини скупљом од традиционалне обраде. Међутим, само мали део праха се заварује на компоненту током процеса склапања. Остатак се не топи, тако да се може поново користити. Насупрот томе, ако се објекат креира на класичан начин, обично је потребно глодање и машинска обрада да би се уклонио материјал.
Особине праха одређују параметре машине и морају се узети у обзир на првом месту. Трошкови АМ не би били економични с обзиром на то да је нерастопљени прах контаминиран и не може се рециклирати. Деградација праха резултира двама феноменима: хемијском модификацијом производа и променама механичких својстава као што су морфологија и расподела величине честица.
У првом случају, главни задатак је стварање чврстих структура које садрже чисте легуре, тако да морамо избећи контаминацију праха, на пример, оксидима или нитридима. Код овог другог феномена, ови параметри су повезани са флуидношћу и мазивошћу. Стога, свака промена својстава праха може довести до неравномерне расподеле производа.
Подаци из скорашњих публикација указују на то да класични мерачи протока не могу да пруже адекватне информације о дистрибуцији праха у АМ на основу слоја праха. Што се тиче карактеризације сировине (или праха), на тржишту постоји неколико релевантних метода мерења које могу да задовоље овај захтев. Стање напона и поље протока праха морају бити исти у мерном подешавању и у процесу. Присуство компресивних оптерећења је некомпатибилно са протоком слободне површине који се користи у ИМ уређајима у тестерима смицања и класичним реометрима.
GranuTools је развио ток рада за карактеризацију AM праха. Наш главни циљ је да сваку геометрију опремимо прецизним алатом за симулацију процеса, а овај ток рада се користи за разумевање и праћење еволуције квалитета праха у различитим процесима штампања. Неколико стандардних легура алуминијума (AlSi10Mg) је одабрано за различито трајање при различитим термичким оптерећењима (од 100 до 200 °C).
Термичка деградација може се контролисати анализом способности праха да акумулира електрично наелектрисање. Прахови су анализирани на течљивост (GranuDrum инструмент), кинетику паковања (GranuPack инструмент) и електростатичко понашање (GranuCharge инструмент). Мерења кохезије и кинетике паковања су погодна за праћење квалитета праха.
Прашкови који се лако наносе показаће ниске индексе кохезије, док ће прашкови са брзом динамиком пуњења производити механичке делове са мањом порозношћу у поређењу са производима које је теже пунити.
Након неколико месеци складиштења у нашој лабораторији, одабрана су три праха легуре алуминијума са различитим расподелама величине честица (AlSi10Mg) и један узорак нерђајућег челика 316L, овде названи узорци А, Б и Ц. Својства узорака могу се разликовати од других произвођача. Расподела величине честица узорка је мерена ласерском дифракцијском анализом/ISO 13320.
Пошто контролишу параметре машине, прво се морају узети у обзир својства праха, а ако се нерастопљени прахови сматрају контаминираним и нерециклабилним, онда адитивна производња није толико економична колико би се могло надати. Стога ће се истражити три параметра: проток праха, динамика паковања и електростатика.
Мазивост је повезана са уједначеношћу и „глаткоћом“ слоја праха након поновног премазивања. Ово је веома важно јер се глатке површине лакше штампају и могу се испитати помоћу алата GranuDrum са мерењем индекса адхезије.
Пошто су поре слабе тачке у материјалу, оне могу довести до пукотина. Динамика пуњења је други кључни параметар, јер прахови који се брзо пуне пружају ниску порозност. Ово понашање се мери помоћу GranuPack-а са вредношћу n1/2.
Присуство електричних набоја у праху ствара кохезивне силе које доводе до формирања агломерата. GranuCharge мери способност прахова да генеришу електростатичко наелектрисање када су у контакту са одабраним материјалима током протока.
Током обраде, GranuCharge може предвидети погоршање течења, на пример, приликом формирања слоја у AM. Стога су добијена мерења веома осетљива на стање површине зрна (оксидација, контаминација и храпавост). Старење регенерисаног праха се затим може прецизно квантификовати (±0,5 nC).
GranuDrum је програмирана метода мерења протока праха заснована на принципу ротирајућег бубња. Половина узорка праха се налази у хоризонталном цилиндру са провидним бочним зидовима. Бубањ се ротира око своје осе угаоном брзином од 2 до 60 о/мин, а CCD камера снима слике (од 30 до 100 слика у интервалима од 1 секунде). Интервал ваздух/прах се идентификује на свакој слици помоћу алгоритма за детекцију ивица.
Израчунајте просечан положај површине међузрна и осцилације око овог просечног положаја. За сваку брзину ротације, угао протока (или „динамички угао мировања“) αf се израчунава из средњег положаја површине међузрна, а фактор динамичке кохезије σf повезан са међузрним везивањем се анализира из флуктуација површине међузрна.
На угао протока утиче низ параметара: трење, облик и кохезија између честица (ван дер Валсове, електростатичке и капиларне силе). Кохезивни прахови резултирају повременим протоком, док невискозни прахови резултирају правилним протоком. Ниске вредности угла протока αf одговарају добром протоку. Динамички индекс адхезије близу нуле одговара некохезивном праху, тако да како се адхезија праха повећава, индекс адхезије се сходно томе повећава.
ГрануДрум вам омогућава мерење првог угла лавине и аерације праха током протока, као и мерење индекса адхезије σf и угла протока αf у зависности од брзине ротације.
Мерења густине запремине, густине тапкања и Хауснеровог односа помоћу GranuPack-а (позната и као „тестови тапкања“) су идеална за карактеризацију праха због једноставности и брзине мерења. Густина праха и могућност повећања његове густине су важни параметри током складиштења, транспорта, агломерације итд. Препоручени поступци су наведени у Фармакопеји.
Овај једноставан тест има три главна недостатка. Мерење зависи од оператера, а начин пуњења утиче на почетну запремину праха. Мерење укупне запремине може довести до озбиљних грешака у резултатима. Због једноставности експеримента, нисмо узели у обзир динамику сабијања између почетног и коначног мерења.
Понашање праха који се уводи у континуирани излаз анализирано је помоћу аутоматизоване опреме. Прецизно измерити Хауснеров коефицијент Hr, почетну густину ρ(0) и коначну густину ρ(n) након n кликова.
Број додира је обично фиксиран на n=500. GranuPack је аутоматизовано и напредно мерење густине додира засновано на недавним динамичким истраживањима.
Могу се користити и други индекси, али они нису овде дати. Прах се ставља у металну цев кроз ригорозан аутоматизовани процес иницијализације. Екстраполација динамичког параметра n1/2 и максималне густине ρ(∞) је уклоњена из криве сабијања.
Лагани шупљи цилиндар се налази на врху слоја праха како би се одржао ниво интерфејса прах/ваздух током сабијања. Цев која садржи узорак праха се подиже до фиксне висине ΔZ и слободно пада на висини која је обично фиксна на ΔZ = 1 mm или ΔZ = 3 mm, што се аутоматски мери након сваког додира. Израчунајте запремину V гомиле из висине.
Густина је однос масе m и запремине слоја праха V. Маса праха m је позната, густина ρ се примењује после сваког удара.
Хауснеров коефицијент Hr је повезан са фактором збијања и анализира се једначином Hr = ρ(500) / ρ(0), где је ρ(0) почетна густина, а ρ(500) израчунати проток након 500 циклуса. Густина из тапе. Када се користи GranuPack метода, резултати су репродуцибилни коришћењем мале количине праха (обично 35 ml).
Особине праха и особине материјала од ког је направљен уређај су кључни параметри. Током протока, електростатичка наелектрисања се генеришу унутар праха због трибоелектричног ефекта, што је размена наелектрисања када две чврсте материје дођу у контакт.
Када прах тече унутар уређаја, трибоелектрични ефекат се јавља на контакту између честица и на контакту између честица и уређаја.
Након контакта са одабраним материјалом, GranuCharge аутоматски мери количину електростатичког наелектрисања генерисаног унутар праха током протока. Узорак праха тече унутар вибрирајуће V-цеви и пада у Фарадејеву шољу повезану са електрометром који мери наелектрисање стечено док се прах креће унутар V-цеви. За репродуцибилне резултате, користите ротирајући или вибрирајући уређај за често напајање V-цеви.
Трибоелектрични ефекат узрокује да један објекат прима електроне на својој површини и тако постаје негативно наелектрисан, док други објекат губи електроне и тако постаје позитивно наелектрисан. Неки материјали лакше примају електроне од других, а слично томе, други материјали лакше губе електроне.
Који материјал постаје негативан, а који позитиван зависи од релативне склоности материјала да добију или изгубе електроне. Да би се представили ови трендови, развијена је трибоелектрична серија приказана у Табели 1. Наведени су материјали са позитивним трендом наелектрисања и други са негативним трендом наелектрисања, а методе материјала које не показују никакав тренд понашања наведене су у средини табеле.
С друге стране, табела пружа само информације о трендовима у понашању пуњења материјала, па је GranuCharge креиран да би пружио тачне нумеричке вредности за понашање прахова при пуњењу.
Спроведено је неколико експеримената за анализу термичког разлагања. Узорци су стављени на 200°C током једног до два сата. Прах је затим одмах анализиран помоћу GranuDrum-а (назив за вруће). Прах је затим стављен у посуду док не достигне собну температуру, а затим анализиран помоћу GranuDrum-а, GranuPack-а и GranuCharge-а (тј. „хладно“).
Сирови узорци су анализирани коришћењем GranuPack-а, GranuDrum-а и GranuCharge-а при истој влажности/температури просторије (тј. 35,0 ± 1,5% релативне влажности и температури од 21,0 ± 1,0 °C).
Индекс кохезије израчунава течљивост прахова и корелира са променама положаја међусобне површине (прах/ваздух), што су само три контактне силе (ван дер Валсова, капиларна и електростатичка сила). Пре експеримента, забележене су релативна влажност ваздуха (RH, %) и температура (°C). Затим је прах сипан у бубањ и експеримент је почео.
Закључили смо да ови производи нису подложни агломерацији када се узму у обзир тиксотропни параметри. Занимљиво је да је термички стрес променио реолошко понашање прахова узорака А и Б од згушњавања при смицању до разређивања при смицању. С друге стране, узорци Ц и SS 316L нису били погођени температуром и показали су само згушњавање при смицању. Сваки прах је имао бољу мазивост (тј. нижи индекс кохезије) након загревања и хлађења.
Утицај температуре такође зависи од специфичне површине честица. Што је већа топлотна проводљивост материјала, то је већи утицај на температуру (тј. ???225°?=250?.?-1.?-1) и ???316?. 225°?=19?.?-1.?-1). Што је честица мања, то је већи утицај температуре. Прахови алуминијумских легура су одлични за примене на високим температурама због њихове повећане мазивости, па чак и охлађени узорци постижу бољу течљивост од оригиналних прахова.
За сваки GranuPack експеримент, маса праха је забележена пре сваког експеримента, а узорак је ударен 500 пута фреквенцијом удара од 1 Hz са слободним падом од 1 mm у мерној ћелији (енергија удара ∝). Узорак се дозира у мерну ћелију према упутствима софтвера независним од корисника. Затим су мерења поновљена два пута да би се проценила репродуктивност и испитала средња вредност и стандардна девијација.
Након завршетка GranuPack анализе, почетна густина запремине (ρ(0)), коначна густина запремине (при вишеструким додирима, n = 500, тј. ρ(500)), Хауснеров однос/Каров индекс (Hr/Cr) и два параметра регистрације (n1/2 и τ) који се односе на кинетику сабијања. Такође је приказана оптимална густина ρ(∞) (видети Додатак 1). Табела испод реструктурира експерименталне податке.
Слике 6 и 7 приказују укупну криву збијања (запреминска густина у односу на број удара) и однос параметара n1/2/Хауснер. Грешке израчунате коришћењем средње вредности приказане су на свакој кривој, а стандардне девијације су израчунате тестирањем поновљивости.
Производ од нерђајућег челика 316L био је најтежи производ (ρ(0) = 4,554 г/мл). Што се тиче густине при тапкању, SS 316L остаје најтежи прах (ρ(n) = 5,044 г/мл), затим следи узорак А (ρ(n) = 1,668 г/мл), а затим узорак Б (ρ(n) = 1,668 г/мл). (n) = 1,645 г/мл). Узорак Ц је био најмањи (ρ(n) = 1,581 г/мл). Према густини почетног праха, видимо да је узорак А најлакши, а узимајући у обзир грешке (1,380 г/мл), узорци Б и Ц имају приближно исту вредност.
Како се прах загрева, његов Хауснеров коефицијент се смањује, а то се дешава само код узорака B, C и SS 316L. За узорак A, није било могуће извршити ово због величине грејних трака. За n1/2, подвлачење параметарског тренда је сложеније. За узорак A и SS 316L, вредност n1/2 се смањила након 2 сата на 200°C, док се за прахове B и C повећала након термичког оптерећења.
За сваки GranuCharge експеримент коришћен је вибрациони додавач (видети слику 8). Коришћене су цеви од нерђајућег челика 316L. Мерења су поновљена 3 пута да би се проценила репродуктивност. Тежина производа коришћеног за свако мерење била је приближно 40 мл и након мерења није пронађен прах.
Пре експеримента, забележена је тежина праха (mp, g), релативна влажност ваздуха (RH, %) и температура (°C). На почетку теста, измерена је густина наелектрисања примарног праха (q0 у µC/kg) стављањем праха у Фарадејеву шољу. Коначно, маса праха је фиксирана и израчунате су коначна густина наелектрисања (qf, µC/kg) и Δq (Δq = qf – q0) на крају експеримента.
Необрађени подаци GranuCharge-а приказани су у Табели 2 и на Слици 9 (σ је стандардна девијација израчуната из резултата теста репродуктивности), а резултати су приказани као хистограм (приказани су само q0 и Δq). SS 316L има најниже почетно пуњење; то може бити због чињенице да овај производ има највећу PSD. Када је у питању почетно пуњење праха примарне легуре алуминијума, не могу се извући закључци због величине грешака.
Након контакта са цеви од нерђајућег челика 316L, узорак А је примио најмању количину наелектрисања, док су прахови Б и Ц показали сличан тренд. Ако је прах SS 316L протрљан о SS 316L, пронађена је густина наелектрисања близу 0 (видети трибоелектричну серију). Производ Б је и даље више наелектрисан од производа А. За узорак Ц, тренд се наставља (позитивно почетно наелектрисање и коначно наелектрисање након цурења), али се број наелектрисања повећава након термичке деградације.
Након 2 сата термичког напрезања на 200 °C, понашање праха постаје веома занимљиво. У узорцима А и Б, почетно наелектрисање се смањило, а коначно наелектрисање се померило са негативног на позитивно. Прах SS 316L имао је највеће почетно наелектрисање и његова промена густине наелектрисања је постала позитивна, али је остала ниска (тј. 0,033 nC/g).
Истраживали смо утицај термичке деградације на комбиновано понашање прахова легуре алуминијума (AlSi10Mg) и нерђајућег челика 316L, док су оригинални прахови анализирани након 2 сата на 200°C на ваздуху.
Употреба прахова на повишеним температурама може побољшати течљивост производа, ефекат који изгледа да је важнији за прахове са великом специфичном површином и материјале са високом топлотном проводљивошћу. GranuDrum је коришћен за процену течења, GranuPack је коришћен за динамичку анализу паковања, а GranuCharge је коришћен за анализу трибоелектрицитета праха у контакту са цеви од нерђајућег челика 316L.
Ови резултати су одређени коришћењем GranuPack-а, који је показао побољшање Хауснеровог коефицијента за сваки прах (са изузетком узорка А, због величине грешака) након процеса термичког напрезања. Није пронађен јасан тренд за параметар паковања (n1/2), јер су неки производи показали повећање брзине паковања, док су други имали контрастни ефекат (нпр. узорци Б и Ц).