Kami nganggo cookies pikeun ningkatkeun pangalaman anjeun. Ku teras-terasan ngotéktak situs ieu, anjeun satuju kana panggunaan cookies ku kami. Inpormasi Tambahan.
Manufaktur aditif (AM) ngalibatkeun nyiptakeun objék 3D, hiji lapisan ultra-ipis dina hiji waktu, janten langkung mahal tibatan pamrosésan tradisional. Nanging, ngan ukur sabagian alit bubuk anu dilas kana komponén nalika prosés perakitan. Sésana henteu ngahiji, janten tiasa dianggo deui. Sabalikna, upami objék didamel ku cara klasik, biasana peryogi panggilingan sareng mesin pikeun miceun bahan.
Sipat-sipat bubuk nangtukeun parameter mesin sareng kedah diperhatoskeun ti mimitina. Biaya AM moal ekonomis kumargi bubuk anu teu acan dilebur kacemar sareng teu tiasa didaur ulang. Degradasi bubuk ngahasilkeun dua fénoména: modifikasi kimiawi produk sareng parobahan dina sipat mékanis sapertos morfologi sareng distribusi ukuran partikel.
Dina kasus anu kahiji, tugas utama nyaéta pikeun nyiptakeun struktur padet anu ngandung logam campuran murni, janten urang kedah nyingkahan kontaminasi bubuk, contona, ku oksida atanapi nitrida. Dina fénoména anu terakhir, parameter ieu aya hubunganana sareng fluiditas sareng panyebaran. Ku alatan éta, parobahan naon waé dina sipat bubuk tiasa nyababkeun distribusi produk anu henteu seragam.
Data tina publikasi anyar nunjukkeun yén flowmeter klasik teu tiasa nyayogikeun inpormasi anu cekap ngeunaan distribusi bubuk dina AM dumasar kana lapisan bubuk. Ngeunaan karakterisasi bahan baku (atanapi bubuk), aya sababaraha metode pangukuran anu relevan di pasar anu tiasa nyumponan sarat ieu. Kaayaan tegangan sareng widang aliran bubuk kedah sami dina setelan pangukuran sareng dina prosésna. Ayana beban komprési henteu cocog sareng aliran permukaan bébas anu dianggo dina alat IM dina alat uji geser sareng rheometer klasik.
GranuTools parantos ngembangkeun alur kerja pikeun ngacirikeun bubuk AM. Tujuan utama kami nyaéta pikeun ngalengkepan unggal géométri ku alat simulasi prosés anu akurat, sareng alur kerja ieu dianggo pikeun ngartos sareng ngalacak évolusi kualitas bubuk dina rupa-rupa prosés percetakan. Sababaraha paduan aluminium standar (AlSi10Mg) dipilih pikeun durasi anu béda dina beban termal anu béda (ti 100 dugi ka 200 °C).
Degradasi termal tiasa dikontrol ku cara nganalisis kamampuan bubuk pikeun ngumpulkeun muatan listrik. Bubuk-bubuk éta dianalisis pikeun aliran (instrumen GranuDrum), kinétika pengepakan (instrumen GranuPack) sareng paripolah éléktrostatik (instrumen GranuCharge). Pangukuran kohési sareng kinétika pengepakan cocog pikeun ngalacak kualitas bubuk.
Bubuk anu gampang dianggo bakal nunjukkeun indéks kohesi anu handap, sedengkeun bubuk kalayan dinamika ngeusian anu gancang bakal ngahasilkeun bagian mékanis kalayan porositas anu langkung handap dibandingkeun sareng produk anu langkung sesah dieusi.
Saatos sababaraha bulan disimpen di laboratorium kami, tilu bubuk aloi aluminium kalayan distribusi ukuran partikel anu béda (AlSi10Mg) sareng hiji sampel baja tahan karat 316L dipilih, di dieu disebut sampel A, B sareng C. Sipat sampel tiasa bénten ti produsén sanés. Distribusi ukuran partikel sampel diukur ku analisis difraksi laser / ISO 13320.
Kusabab aranjeunna ngontrol parameter mesin, sipat bubuk kedah dipertimbangkeun heula, sareng upami bubuk anu teu acan dilebur dianggap kacemar sareng teu tiasa didaur ulang, maka manufaktur aditif henteu ekonomis sapertos anu dipiharep. Ku kituna, tilu parameter bakal ditalungtik: aliran bubuk, dinamika pengepakan sareng éléktrostatika.
Daya sebar aya patalina jeung kaseragaman jeung "kahalusan" lapisan bubuk sanggeus operasi recoating. Ieu penting pisan sabab permukaan anu lemes leuwih gampang dicitak jeung bisa dipariksa ku alat GranuDrum kalawan pangukuran indéks adhesi.
Kusabab pori-pori mangrupikeun titik lemah dina hiji bahan, éta tiasa nyababkeun retakan. Dinamika eusian mangrupikeun parameter konci kadua sabab bubuk eusian anu gancang nyayogikeun porositas anu handap. Paripolah ieu diukur nganggo GranuPack kalayan nilai n1/2.
Ayana muatan listrik dina bubuk nyiptakeun gaya kohesif anu ngarah kana formasi aglomerat. GranuCharge ngukur kamampuan bubuk pikeun ngahasilkeun muatan éléktrostatik nalika kontak sareng bahan anu dipilih nalika aliran.
Salila pamrosésan, GranuCharge tiasa ngaduga turunna aliran, contona, nalika ngabentuk lapisan dina AM. Ku kituna, pangukuran anu diala sénsitip pisan kana kaayaan permukaan butir (oksidasi, kontaminasi sareng kakasaran). Penuaan bubuk anu pulih teras tiasa diukur sacara akurat (± 0,5 nC).
GranuDrum nyaéta métode pangukuran aliran bubuk anu diprogram dumasar kana prinsip drum anu muter. Satengah sampel bubuk dikandung dina silinder horizontal kalayan témbok sisi transparan. Drum muter di sabudeureun sumbuna dina kecepatan sudut 2 dugi ka 60 rpm, sareng kaméra CCD nyandak gambar (ti 30 dugi ka 100 gambar dina interval 1 detik). Antarbeungeut hawa/bubuk diidentipikasi dina unggal gambar nganggo algoritma deteksi ujung.
Itung posisi rata-rata antarmuka sareng osilasi di sakitar posisi rata-rata ieu. Pikeun unggal kecepatan rotasi, sudut aliran (atanapi "sudut istirahat dinamis") αf diitung tina posisi antarmuka rata-rata, sareng faktor kohesi dinamis σf anu aya hubunganana sareng beungkeutan antar-butir dianalisis tina fluktuasi antarmuka.
Sudut aliran dipangaruhan ku sababaraha parameter: gesekan, bentuk sareng kohesi antara partikel (van der Waals, gaya éléktrostatik sareng kapiler). Bubuk kohesif ngahasilkeun aliran anu pegat-pegat, sedengkeun bubuk non-kentel ngahasilkeun aliran anu teratur. Nilai sudut aliran αf anu handap pakait sareng aliran anu saé. Indéks adhesi dinamis anu caket kana nol pakait sareng bubuk non-kohesif, janten nalika adhesi bubuk ningkat, indéks adhesi ogé ningkat.
GranuDrum ngamungkinkeun anjeun pikeun ngukur sudut munggaran longsoran sareng aerasi bubuk salami aliran, ogé ngukur indéks adhesi σf sareng sudut aliran αf gumantung kana kecepatan rotasi.
Pangukuran kapadetan bulk, kapadetan tapping, sareng rasio Hausner GranuPack (ogé katelah "tés tapping") idéal pikeun karakterisasi bubuk kusabab gampang sareng gancangna pangukuran. Kapadetan bubuk sareng kamampuan pikeun ningkatkeun kapadetanna mangrupikeun parameter penting salami panyimpenan, transportasi, aglomerasi, jsb. Prosedur anu disarankeun dijelaskeun dina Farmakope.
Tés basajan ieu ngagaduhan tilu kakurangan utama. Pangukuran gumantung kana operatorna, sareng metode ngeusian mangaruhan volume awal bubuk. Ngukur volume total tiasa nyababkeun kasalahan anu serius dina hasilna. Kusabab kesederhanaan ékspérimén, kami henteu merhatoskeun dinamika pemadatan antara pangukuran awal sareng akhir.
Paripolah bubuk anu diasupkeun kana saluran kaluar kontinyu dianalisis nganggo alat otomatis. Ukur sacara akurat koefisien Hausner Hr, kapadetan awal ρ(0) sareng kapadetan ahir ρ(n) saatos n klik.
Jumlah keran biasana tetep dina n=500. GranuPack nyaéta pangukuran kapadetan keran otomatis sareng canggih dumasar kana panilitian dinamis anyar.
Indéks séjén bisa dipaké, tapi teu disadiakeun di dieu. Bubuk ieu disimpen kana tabung logam ngaliwatan prosés inisialisasi otomatis anu ketat. Ékstrapolasi parameter dinamis n1/2 sareng kapadetan maksimum ρ(∞) parantos dihapus tina kurva pemadatan.
Silinder kosong anu hampang dipasang di luhur lapisan bubuk pikeun ngajaga tingkat antarmuka bubuk/hawa nalika pemadatan. Tabung anu ngandung sampel bubuk naék kana jangkungna anu tetep ΔZ sareng murag bébas dina jangkungna anu biasana tetep dina ΔZ = 1 mm atanapi ΔZ = 3 mm, anu sacara otomatis diukur saatos unggal keuna. Hitung volume V tumpukan tina jangkungna.
Kapadetan nyaéta babandingan massa m kana volume lapisan bubuk V. Massa bubuk m dipikanyaho, kapadetan ρ diterapkeun saatos unggal tumbukan.
Koéfisién Hausner Hr aya patalina jeung faktor pemadatan sarta dianalisis ku persamaan Hr = ρ(500) / ρ(0), dimana ρ(0) nyaéta kapadetan bulk awal sarta ρ(500) nyaéta aliran anu diitung sanggeus 500 siklus. Kapadetan tap. Nalika ngagunakeun metode GranuPack, hasilna bisa diulang ngagunakeun saeutik bubuk (biasana 35 ml).
Sipat-sipat bubuk sareng sipat-sipat bahan anu dianggo pikeun ngadamel alat ieu mangrupikeun parameter konci. Salila aliran, muatan éléktrostatik dihasilkeun di jero bubuk kusabab éfék triboelektrik, nyaéta silih tukeur muatan nalika dua zat padet kontak.
Nalika bubuk ngalir ka jero alat, éfék triboelektrik lumangsung dina kontak antara partikel sareng dina kontak antara partikel sareng alat.
Nalika kontak sareng bahan anu dipilih, GranuCharge sacara otomatis ngukur jumlah muatan éléktrostatik anu dihasilkeun di jero bubuk nalika aliran. Sampel bubuk ngalir di jero tabung-V anu ngageter sareng murag kana cangkir Faraday anu disambungkeun ka éléktrométer anu ngukur muatan anu diala nalika bubuk bergerak di jero tabung-V. Pikeun hasil anu tiasa diulang, anggo alat anu muter atanapi ngageter pikeun sering ngeusian tabung-V.
Éfék triboelektrik nyababkeun hiji objék meunangkeun éléktron dina beungeutna sahingga jadi boga muatan négatif, sedengkeun objék séjénna kaleungitan éléktron sahingga jadi boga muatan positif. Sababaraha bahan leuwih gampang meunangkeun éléktron tibatan nu séjénna, kitu ogé, bahan séjénna leuwih gampang kaleungitan éléktron.
Bahan mana anu janten négatip sareng mana anu janten positip gumantung kana kacenderungan relatif bahan anu kalibet pikeun kéngingkeun atanapi kaleungitan éléktron. Pikeun ngagambarkeun tren ieu, séri triboelektrik anu dipidangkeun dina Tabel 1 dikembangkeun. Bahan anu gaduh tren muatan positif sareng anu sanés anu gaduh tren muatan négatip didaptarkeun, sareng metode bahan anu henteu nunjukkeun tren paripolah naon waé didaptarkeun di tengah tabel.
Di sisi séjén, tabél ngan ukur nyayogikeun inpormasi ngeunaan tren dina paripolah ngecas bahan, janten GranuCharge didamel pikeun nyayogikeun nilai numerik anu akurat pikeun paripolah ngecas bubuk.
Sababaraha ékspérimén dilaksanakeun pikeun nganalisis dékomposisi termal. Sampel disimpen dina suhu 200°C salami hiji dugi ka dua jam. Bubuk éta teras langsung dianalisis nganggo GranuDrum (nami panas). Bubuk éta teras disimpen dina wadah dugi ka ngahontal suhu sekitar teras dianalisis nganggo GranuDrum, GranuPack sareng GranuCharge (nyaéta "tiis").
Sampel atah dianalisis nganggo GranuPack, GranuDrum sareng GranuCharge dina kalembaban/suhu ruangan anu sami (nyaéta 35,0 ± 1,5% RH sareng suhu 21,0 ± 1,0 °C).
Indéks kohesi ngitung aliran bubuk sareng berkorelasi sareng parobahan posisi antarmuka (bubuk/hawa), anu ngan ukur tilu gaya kontak (gaya van der Waals, kapiler sareng éléktrostatik). Sateuacan ékspérimén, kalembaban hawa relatif (RH, %) sareng suhu (°C) dicatet. Teras bubuk dituang kana drum, sareng ékspérimén dimimitian.
Kami nyimpulkeun yén produk ieu henteu rentan ka aglomerasi nalika mertimbangkeun parameter tiksotropik. Anu pikaresepeun, setrés termal ngarobih paripolah reologis bubuk sampel A sareng B tina penebalan geser janten penipisan geser. Di sisi anu sanés, Sampel C sareng SS 316L henteu kapangaruhan ku suhu sareng ngan ukur nunjukkeun penebalan geser. Unggal bubuk ngagaduhan daya sebar anu langkung saé (nyaéta indéks kohesi anu langkung handap) saatos dipanaskeun sareng didinginkan.
Pangaruh suhu ogé gumantung kana daérah spésifik partikel. Beuki luhur konduktivitas termal bahan, beuki ageung pangaruhna kana suhu (nyaéta ???225°?=250?.?-1.?-1) sareng ???316?. 225°?=19?.?-1.?-1) Beuki leutik partikelna, beuki ageung pangaruh suhu. Bubuk paduan aluminium saé pisan pikeun aplikasi suhu luhur kusabab ningkatna kamampuan nyebarna, sareng spésimén anu didinginkan ogé ngahontal kamampuan ngalir anu langkung saé tibatan bubuk aslina.
Pikeun unggal ékspérimén GranuPack, massa bubuk dirékam sateuacan unggal ékspérimén, sareng sampel dipukul 500 kali kalayan frékuénsi impak 1 Hz kalayan ragrag bébas 1 mm dina sél pangukur (énergi impak ∝). Sampel dikaluarkeun kana sél pangukur numutkeun pitunjuk parangkat lunak anu henteu gumantung kana pangguna. Teras pangukuran diulang dua kali pikeun meunteun réproduktibilitas sareng nalungtik rata-rata sareng simpangan baku.
Saatos analisis GranuPack réngsé, kapadetan bulk awal (ρ(0)), kapadetan bulk ahir (dina sababaraha tap, n = 500, nyaéta ρ(500)), babandingan Hausner/indéks Carr (Hr/Cr) sareng dua parameter pendaptaran (n1/2 sareng τ) anu aya hubunganana sareng kinétika pemadatan. Kapadetan optimal ρ(∞) ogé dipidangkeun (tingali Lampiran 1). Tabel di handap ieu nyusun ulang data ékspérimén.
Gambar 6 sareng 7 nunjukkeun kurva pemadatan sacara umum (kapadetan bulk dibandingkeun jumlah dampak) sareng babandingan parameter n1/2/Hausner. Batang kasalahan anu diitung nganggo rata-rata dipidangkeun dina unggal kurva, sareng simpangan baku diitung ku uji pangulangan.
Produk stainless steel 316L mangrupikeun produk anu paling beurat (ρ(0) = 4,554 g/mL). Dina hal kapadetan sadapan, SS 316L tetep janten bubuk anu paling beurat (ρ(n) = 5,044 g/mL), dituturkeun ku Sampel A (ρ(n) = 1,668 g/mL), dituturkeun ku Sampel B (ρ(n) = 1,668 g/ml). /ml) (n) = 1,645 g/ml). Sampel C mangrupikeun anu panghandapna (ρ(n) = 1,581 g/mL). Numutkeun kapadetan bulk bubuk awal, urang ningali yén sampel A mangrupikeun anu paling hampang, sareng kumargi ngitung kasalahan (1,380 g/ml), sampel B sareng C gaduh nilai anu sami.
Nalika bubuk dipanaskeun, babandingan Hausner-na nurun, sareng ieu ngan ukur kajadian sareng sampel B, C, sareng SS 316L. Pikeun sampel A, éta teu mungkin dilakukeun kusabab ukuran bilah kasalahan. Pikeun n1/2, tren parametrik anu digaris handap langkung rumit. Pikeun sampel A sareng SS 316L, nilai n1/2 nurun saatos 2 jam dina suhu 200°C, sedengkeun pikeun bubuk B sareng C éta ningkat saatos pemuatan termal.
Hiji alat pangumpan anu ngageter dianggo pikeun unggal ékspérimén GranuCharge (tingali Gambar 8). Anggo tabung baja tahan karat 316L. Pangukuran diulang 3 kali pikeun meunteun réproduktibilitas. Beurat produk anu dianggo pikeun unggal pangukuran nyaéta sakitar 40 ml sareng teu aya bubuk anu kapanggih saatos pangukuran.
Sateuacan ékspérimén, beurat bubuk (mp, g), kalembaban hawa relatif (RH, %), sareng suhu (°C) dicatet. Dina awal tés, kapadetan muatan bubuk primér (q0 dina µC/kg) diukur ku cara nempatkeun bubuk kana cangkir Faraday. Pamungkas, massa bubuk ditetepkeun sareng kapadetan muatan ahir (qf, µC/kg) sareng Δq (Δq = qf – q0) dina ahir ékspérimén diitung.
Data GranuCharge atah dipidangkeun dina Tabel 2 sareng Gambar 9 (σ nyaéta standar deviasi anu diitung tina hasil uji réproduksibilitas), sareng hasilna dipidangkeun salaku histogram (ngan q0 sareng Δq anu dipidangkeun). SS 316L gaduh muatan awal anu panghandapna; ieu tiasa disababkeun ku kanyataan yén produk ieu gaduh PSD anu pangluhurna. Nalika ngeunaan pemuatan awal bubuk paduan aluminium primér, teu aya kacindekan anu tiasa ditarik kusabab ukuran kasalahan.
Saatos kontak sareng pipa baja tahan karat 316L, sampel A nampi jumlah muatan paling saeutik, sedengkeun bubuk B sareng C nunjukkeun tren anu sami, upami bubuk SS 316L digosok kana SS 316L, kapadetan muatan anu caket kana 0 kapanggih (tingali séri triboelektrik). Produk B masih langkung muatan tibatan A. Pikeun sampel C, tren ieu teras-terasan (muatan awal positip sareng muatan akhir saatos bocor), tapi jumlah muatan ningkat saatos degradasi termal.
Saatos 2 jam setrés termal dina suhu 200 °C, paripolah bubuk janten pikaresepeun pisan. Dina sampel A sareng B, muatan awal nurun sareng muatan akhirna robah tina négatip ka positip. Bubuk SS 316L ngagaduhan muatan awal anu pangluhurna sareng parobahan kapadetan muatanna janten positip tapi tetep handap (nyaéta 0,033 nC/g).
Kami nalungtik pangaruh degradasi termal kana paripolah gabungan bubuk aluminium (AlSi10Mg) sareng baja tahan karat 316L, sedengkeun bubuk aslina dianalisis saatos 2 jam dina suhu 200°C dina hawa.
Panggunaan bubuk dina suhu anu luhur tiasa ningkatkeun aliran produk, pangaruh anu sigana langkung penting pikeun bubuk anu gaduh area spésifik anu luhur sareng bahan anu gaduh konduktivitas termal anu luhur. GranuDrum dianggo pikeun meunteun aliran, GranuPack dianggo pikeun analisis pengepakan dinamis, sareng GranuCharge dianggo pikeun nganalisis triboelektrik bubuk anu kontak sareng pipa baja tahan karat 316L.
Hasil ieu ditangtukeun nganggo GranuPack, anu nunjukkeun paningkatan dina koefisien Hausner pikeun unggal bubuk (iwal sampel A, kusabab ukuran kasalahan) saatos prosés setrés termal. Teu aya tren anu jelas anu kapendak pikeun parameter pengepakan (n1/2) sabab sababaraha produk nunjukkeun paningkatan dina kecepatan pengepakan sedengkeun anu sanésna gaduh pangaruh anu kontras (contona Sampel B sareng C).