نستخدم ملفات تعريف الارتباط لتحسين تجربتك. بمواصلة تصفح هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط. معلومات إضافية.
تتضمن عملية التصنيع الإضافي (AM) إنشاء أجسام ثلاثية الأبعاد، طبقة رقيقة جدًا في كل مرة، مما يجعلها أكثر تكلفة من المعالجة التقليدية. مع ذلك، يُلحم جزء صغير فقط من المسحوق بالمكون أثناء عملية التجميع. أما الباقي فلا يندمج، لذا يمكن إعادة استخدامه. في المقابل، إذا صُنع المنتج بالطريقة التقليدية، فإنه يتطلب عادةً طحنًا وتشكيلًا آليًا لإزالة المواد.
تُحدد خصائص المسحوق معايير الآلة، ويجب أخذها في الاعتبار أولًا. لن تكون تكلفة التصنيع الإضافي اقتصاديةً نظرًا لأن المسحوق غير المُذاب مُلوث وغير قابل لإعادة التدوير. يُؤدي تحلل المسحوق إلى ظاهرتين: التعديل الكيميائي للمنتج، والتغيرات في الخصائص الميكانيكية، مثل الشكل وتوزيع حجم الجسيمات.
في الحالة الأولى، تتمثل المهمة الرئيسية في إنشاء هياكل صلبة تحتوي على سبائك نقية، لذا يجب تجنب تلوث المسحوق، على سبيل المثال، بالأكاسيد أو النتريدات. أما في الحالة الثانية، فترتبط هذه المعايير بالسيولة وقابلية الانتشار. لذلك، فإن أي تغيير في خصائص المسحوق قد يؤدي إلى توزيع غير متجانس للمنتج.
تشير بيانات المنشورات الحديثة إلى أن مقاييس التدفق التقليدية لا توفر معلومات كافية حول توزيع المسحوق في عملية التصنيع الإضافي بناءً على طبقة المسحوق. فيما يتعلق بتوصيف المادة الخام (أو المسحوق)، تتوفر في السوق عدة طرق قياس مناسبة تلبي هذا الشرط. يجب أن تكون حالة الإجهاد وحقل تدفق المسحوق متطابقين في إعدادات القياس وفي العملية. وجود أحمال ضغط لا يتوافق مع تدفق السطح الحر المستخدم في أجهزة IM في أجهزة اختبار القص ومقاييس التدفق التقليدية.
طورت شركة GranuTools سير عمل لتوصيف مسحوق الطباعة المضافة. هدفنا الرئيسي هو تزويد كل هندسة بأداة محاكاة دقيقة للعمليات، ويُستخدم سير العمل هذا لفهم ومتابعة تطور جودة المسحوق في عمليات الطباعة المختلفة. تم اختيار العديد من سبائك الألومنيوم القياسية (AlSi₂₂Mg) لفترات زمنية مختلفة عند أحمال حرارية مختلفة (من 100 إلى 200 درجة مئوية).
يمكن التحكم في التحلل الحراري بتحليل قدرة المسحوق على تراكم شحنة كهربائية. حُلّلت المساحيق من حيث سيولتها (جهاز GranuDrum)، وحركية التعبئة (جهاز GranuPack)، وسلوكها الكهروستاتيكي (جهاز GranuCharge). وتُعدّ قياسات التماسك وحركية التعبئة مناسبةً لتتبع جودة المسحوق.
ستظهر المساحيق سهلة التطبيق مؤشرات تماسك منخفضة، في حين ستنتج المساحيق ذات ديناميكيات التعبئة السريعة أجزاء ميكانيكية ذات مسامية أقل مقارنة بالمنتجات الأكثر صعوبة في التعبئة.
بعد عدة أشهر من التخزين في مختبرنا، تم اختيار ثلاثة مساحيق من سبائك الألومنيوم بتوزيعات مختلفة لحجم الجسيمات (AlSi≥ ...
لأن خصائص المسحوق تتحكم في معايير الآلة، يجب أولاً مراعاة خصائصه. وإذا اعتُبرت المساحيق غير المذابة ملوثة وغير قابلة لإعادة التدوير، فإن التصنيع الإضافي ليس اقتصاديًا كما هو متوقع. لذلك، سيتم دراسة ثلاثة معايير: تدفق المسحوق، وديناميكيات التعبئة، والكهرباء الساكنة.
ترتبط قابلية الانتشار بتجانس ونعومة طبقة المسحوق بعد عملية إعادة الطلاء. وهذا مهم جدًا، إذ يسهل طباعة الأسطح الملساء، ويمكن فحصها باستخدام أداة GranuDrum مع قياس مؤشر الالتصاق.
لأن المسامات نقاط ضعف في المادة، فإنها قد تؤدي إلى تشققات. ديناميكيات الملء هي المعيار الرئيسي الثاني، حيث توفر مساحيق الملء السريع مسامية منخفضة. يُقاس هذا السلوك باستخدام GranuPack بقيمة n1/2.
يُولّد وجود الشحنات الكهربائية في المسحوق قوى تماسك تُؤدي إلى تكوّن التكتلات. يقيس مقياس GranuCharge قدرة المساحيق على توليد شحنة كهروستاتيكية عند ملامستها لمواد مُختارة أثناء التدفق.
أثناء المعالجة، يُمكن لجهاز GranuCharge التنبؤ بتدهور التدفق، على سبيل المثال، عند تشكيل طبقة في عملية التصنيع الإضافي. وبالتالي، تكون القياسات المُحصلة حساسة للغاية لحالة سطح الحبوب (الأكسدة، والتلوث، والخشونة). يُمكن بعد ذلك تحديد عمر المسحوق المُستعاد بدقة (±0.5 نانو سيلز).
جرانودرم (GranuDrum) هي طريقة قياس تدفق مسحوق مبرمجة تعتمد على مبدأ الأسطوانة الدوارة. يُحفظ نصف عينة المسحوق داخل أسطوانة أفقية ذات جدران جانبية شفافة. تدور الأسطوانة حول محورها بسرعة زاوية تتراوح بين 2 و60 دورة في الدقيقة، وتلتقط كاميرا CCD صورًا (من 30 إلى 100 صورة بفاصل زمني قدره ثانية واحدة). يتم تحديد واجهة الهواء/المسحوق في كل صورة باستخدام خوارزمية كشف الحواف.
احسب متوسط ​​موضع السطح البيني والتذبذبات حوله. لكل سرعة دوران، تُحسب زاوية التدفق (أو "زاوية السكون الديناميكية") αf من متوسط ​​موضع السطح البيني، ويُحلل عامل التماسك الديناميكي σf المرتبط بالترابط بين الحبيبات من تقلبات السطح البيني.
تتأثر زاوية التدفق بعدد من العوامل: الاحتكاك، والشكل، والتماسك بين الجسيمات (قوى فان دير فالس، والقوى الكهروستاتيكية، والقوى الشعرية). تُنتج المساحيق المتماسكة تدفقًا متقطعًا، بينما تُنتج المساحيق غير اللزجة تدفقًا منتظمًا. تُشير القيم المنخفضة لزاوية التدفق αf إلى تدفق جيد. يُشير مؤشر الالتصاق الديناميكي القريب من الصفر إلى مسحوق غير متماسك، وبالتالي، مع زيادة التصاق المسحوق، يزداد مؤشر الالتصاق تبعًا لذلك.
يتيح لك GranuDrum قياس الزاوية الأولى للانهيار وتهوية المسحوق أثناء التدفق، بالإضافة إلى قياس مؤشر الالتصاق σf وزاوية التدفق αf اعتمادًا على سرعة الدوران.
تُعد قياسات الكثافة الظاهرية، وكثافة الالتصاق، ونسبة هاوزنر (المعروفة أيضًا باسم "اختبارات الالتصاق") لجهاز GranuPack مثالية لتوصيف المساحيق نظرًا لسهولة وسرعة قياسها. وتُعدّ كثافة المسحوق والقدرة على زيادتها من المعايير المهمة أثناء التخزين والنقل والتكتل، إلخ. الإجراءات الموصى بها موضحة في دستور الأدوية.
لهذا الاختبار البسيط ثلاثة عيوب رئيسية. يعتمد القياس على المُشغِّل، وتؤثر طريقة التعبئة على الحجم الأولي للمسحوق. قد يؤدي قياس الحجم الكلي إلى أخطاء جسيمة في النتائج. ونظرًا لبساطة التجربة، لم نأخذ في الاعتبار ديناميكيات الضغط بين القياسات الأولية والنهائية.
تم تحليل سلوك المسحوق المُغذّى في المخرج المستمر باستخدام جهاز آلي. قُيسَ معامل هاوزنر Hr، والكثافة الابتدائية ρ(0) والكثافة النهائية ρ(n) بدقة بعد n نقرة.
عادةً ما يكون عدد الصنابير ثابتًا عند n=500. جهاز GranuPack هو جهاز قياس كثافة الصنابير آلي ومتطور، يعتمد على أبحاث ديناميكية حديثة.
يمكن استخدام مؤشرات أخرى، ولكنها غير مُدرجة هنا. يُوضع المسحوق في أنبوب معدني من خلال عملية تهيئة آلية دقيقة. أُزيل استقراء المعامل الديناميكي n1/2 والكثافة القصوى ρ(∞) من منحنى الضغط.
تُثبَّت أسطوانة مجوفة خفيفة الوزن فوق طبقة المسحوق للحفاظ على مستوى سطح المسحوق/الهواء أثناء عملية الضغط. يرتفع الأنبوب الذي يحتوي على عينة المسحوق إلى ارتفاع ثابت ΔZ، ويهبط بحرية إلى ارتفاع يُثبَّت عادةً عند ΔZ = 1 مم أو ΔZ = 3 مم، ويُقاس تلقائيًا بعد كل لمسة. احسب حجم الكومة V من الارتفاع.
الكثافة هي نسبة الكتلة m إلى حجم طبقة المسحوق V. كتلة المسحوق m معروفة، ويتم تطبيق الكثافة ρ بعد كل تأثير.
يرتبط معامل هاوزنر Hr بعامل الضغط، ويُحلَّل بالمعادلة Hr = ρ(500) / ρ(0)، حيث ρ(0) هي الكثافة الظاهرية الأولية وρ(500) هي التدفق المحسوب بعد 500 دورة. كثافة الصنبور. عند استخدام طريقة GranuPack، يمكن تكرار النتائج باستخدام كمية صغيرة من المسحوق (عادةً 35 مل).
خصائص المسحوق وخصائص المادة التي صُنع منها الجهاز من المعايير الأساسية. أثناء التدفق، تتولد شحنات كهروستاتيكية داخل المسحوق نتيجةً لظاهرة الاحتكاك الكهربائي، وهي تبادل الشحنات عند تلامس مادتين صلبتين.
عندما يتدفق المسحوق داخل الجهاز، يحدث تأثير كهربائي احتكاكي عند التلامس بين الجسيمات وعند التلامس بين الجسيمات والجهاز.
عند ملامسة المادة المختارة، يقيس جهاز GranuCharge تلقائيًا كمية الشحنة الكهروستاتيكية المتولدة داخل المسحوق أثناء التدفق. تتدفق عينة المسحوق داخل أنبوب V-tube المهتز، ثم تسقط في كوب فاراداي متصل بمقياس كهربائي يقيس الشحنة المكتسبة أثناء حركة المسحوق داخل أنبوب V-tube. للحصول على نتائج قابلة للتكرار، استخدم جهازًا دوارًا أو مهتزًا لتغذية أنابيب V-tube بشكل متكرر.
يؤدي تأثير الاحتكاك الكهربائي إلى اكتساب جسم ما إلكترونات على سطحه، وبالتالي يصبح مشحونًا سلبيًا، بينما يفقد جسم آخر إلكترونات، وبالتالي يصبح مشحونًا إيجابيًا. بعض المواد تكتسب الإلكترونات بسهولة أكبر من غيرها، وبالمثل، تفقد مواد أخرى الإلكترونات بسهولة أكبر.
يعتمد تحديد المواد التي تصبح سالبة أو موجبة على الميل النسبي للمواد المعنية لاكتساب أو فقدان الإلكترونات. لتمثيل هذه الاتجاهات، طُوّرت سلسلة الاحتكاك الكهربائي الموضحة في الجدول 1. تُدرج المواد ذات الشحنة الموجبة وأخرى ذات الشحنة السالبة، وتُدرج طرق المواد التي لا تُظهر أي اتجاه سلوكي في منتصف الجدول.
من ناحية أخرى، يوفر الجدول معلومات فقط عن اتجاهات سلوك شحن المواد، لذلك تم إنشاء GranuCharge لتوفير قيم عددية دقيقة لسلوك شحن المساحيق.
أُجريت عدة تجارب لتحليل التحلل الحراري. وُضعت العينات عند درجة حرارة ٢٠٠ درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين. ثم حُلِّل المسحوق فورًا باستخدام جهاز GranuDrum (الاسم الساخن). ثم وُضع المسحوق في وعاء حتى وصل إلى درجة حرارة الغرفة، ثم حُلِّل باستخدام أجهزة GranuDrum وGranuPack وGranuCharge (الاسم البارد).
تم تحليل العينات الخام باستخدام GranuPack وGranuDrum وGranuCharge في نفس رطوبة/درجة حرارة الغرفة (أي 35.0 ± 1.5% رطوبة نسبية و21.0 ± 1.0 درجة مئوية).
يحسب مؤشر التماسك سيولة المساحيق ويرتبط بتغيرات موضع السطح البيني (المسحوق/الهواء)، والذي يتكون من ثلاث قوى تلامس فقط (قوة فان دير فالس، والقوة الشعرية، والقوة الكهروستاتيكية). قبل التجربة، سُجِّلت الرطوبة النسبية للهواء (%) ودرجة الحرارة (°مئوية). ثم صُبَّ المسحوق في البرميل، وبدأت التجربة.
استنتجنا أن هذه المنتجات غير قابلة للتكتل عند دراسة معايير الثيكسوتروبيا. ومن المثير للاهتمام أن الإجهاد الحراري غيّر السلوك الريولوجي لمساحيق العينتين (أ) و(ب) من تكثيف القص إلى ترقق القص. من ناحية أخرى، لم تتأثر العينتان (ج) و(SS 316L) بدرجة الحرارة، بل أظهرتا تكثيف القص فقط. تميّز كل مسحوق بقابلية انتشار أفضل (أي انخفاض في مؤشر التماسك) بعد التسخين والتبريد.
يعتمد تأثير درجة الحرارة أيضًا على المساحة النوعية للجسيمات. كلما زادت الموصلية الحرارية للمادة، زاد تأثيرها على درجة الحرارة (أي 225 درجة مئوية = 250 درجة مئوية -1.1) و316 درجة مئوية = 19 درجة مئوية -1.1). كلما صغر حجم الجسيم، زاد تأثير درجة الحرارة. تُعد مساحيق سبائك الألومنيوم مثالية للتطبيقات في درجات الحرارة العالية نظرًا لقابليتها العالية للانتشار، وحتى العينات المبردة تحقق سيولة أفضل من المساحيق الأصلية.
لكل تجربة من تجارب GranuPack، سُجِّلت كتلة المسحوق قبل كل تجربة، وتعرضت العينة للصدم 500 مرة بتردد صدمات قدره 1 هرتز، مع سقوط حر بمقدار 1 مم في خلية القياس (طاقة الصدمة ∝). أُدخلت العينة إلى خلية القياس وفقًا لتعليمات برنامج مستقل عن المستخدم. ثم كُرِّرت القياسات مرتين لتقييم إمكانية تكرار النتائج، وحُسِبَ المتوسط ​​والانحراف المعياري.
بعد اكتمال تحليل GranuPack، تم حساب الكثافة الظاهرية الأولية (ρ(0))، والكثافة الظاهرية النهائية (عند عدة صنابير، n = 500، أي ρ(500))، ونسبة هاوزنر/مؤشر كار (Hr/Cr)، ومعلمتي تسجيل (n⁻ وτ) المرتبطة بحركية الضغط. كما تم توضيح الكثافة المثلى ρ(∞) (انظر الملحق 1). يُعيد الجدول أدناه هيكلة البيانات التجريبية.
يوضح الشكلان 6 و7 منحنى الضغط الكلي (الكثافة الظاهرية مقابل عدد الصدمات) ونسبة معلمات n⁻½/هاوزنر. تظهر أشرطة الخطأ المحسوبة باستخدام المتوسط ​​الحسابي على كل منحنى، كما حُسبت الانحرافات المعيارية باستخدام اختبار التكرار.
كان منتج الفولاذ المقاوم للصدأ 316L هو المنتج الأثقل (ρ(0) = 4.554 جم/مل). من حيث كثافة الصنبور، يظل SS 316L أثقل مسحوق (ρ(n) = 5.044 جم/مل)، تليها العينة A (ρ(n) = 1.668 جم/مل)، تليها العينة B (ρ(n) = 1.668 جم/مل). /مل) (n) = 1.645 جم/مل). كانت العينة C هي الأقل (ρ(n) = 1.581 جم/مل). وفقًا للكثافة الظاهرية للمسحوق الأولي، نرى أن العينة A هي الأخف وزنًا، ومع مراعاة الأخطاء (1.380 جم/مل)، فإن العينتين B وC لهما نفس القيمة تقريبًا.
مع تسخين المسحوق، تنخفض نسبة هاوزنر، ويحدث هذا فقط مع العينات B وC وSS 316L. بالنسبة للعينة A، لم يكن من الممكن إجراء ذلك بسبب حجم أشرطة الخطأ. بالنسبة لـ n₂، يكون تحديد الاتجاه البارامتري أكثر تعقيدًا. بالنسبة للعينة A وSS 316L، انخفضت قيمة n₂ بعد ساعتين عند درجة حرارة 200 درجة مئوية، بينما في المساحيق B وC، زادت بعد التحميل الحراري.
استُخدم مُغذِّي هزاز لكل تجربة GranuCharge (انظر الشكل 8). استُخدمت أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. أُعيدت القياسات ثلاث مرات لتقييم إمكانية تكرار النتائج. كان وزن المنتج المُستخدم في كل قياس حوالي 40 مل، ولم يُسترجع أي مسحوق بعد القياس.
قبل التجربة، سُجِّل وزن المسحوق (كجم، م³)، والرطوبة النسبية للهواء (%)، ودرجة الحرارة (°مئوية). في بداية الاختبار، قُيست كثافة شحنة المسحوق الأولي (q0 بوحدة ميكرو سيليزية/كجم) بوضع المسحوق في كوب فاراداي. أخيرًا، ثُبِّتت كتلة المسحوق، وحُسبت كثافة الشحنة النهائية (qf، ميكرو سيليزية/كجم) وΔq (Δq = qf – q0) في نهاية التجربة.
تظهر بيانات GranuCharge الخام في الجدول 2 والشكل 9 (σ هو الانحراف المعياري المحسوب من نتائج اختبار قابلية التكرار)، وتُعرض النتائج كمدرج توزيعي (يظهر فقط q0 وΔq). يمتلك SS 316L أقل شحنة ابتدائية؛ وقد يعود ذلك إلى أن هذا المنتج يتمتع بأعلى كثافة توزيع حراري. أما بالنسبة للتحميل الأولي لمسحوق سبيكة الألومنيوم الأولية، فلا يمكن استخلاص أي استنتاجات نظرًا لحجم الأخطاء.
بعد ملامسة أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، تلقت العينة (أ) أقل كمية من الشحنة، بينما أظهرت المساحيق (ب) و(ج) اتجاهًا مشابهًا. عند فرك مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L على الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، وُجدت كثافة شحنة قريبة من الصفر (انظر سلسلة الاحتكاك الكهربائي). المنتج (ب) لا يزال مشحونًا أكثر من (أ). بالنسبة للعينة (ج)، يستمر الاتجاه (شحنة أولية موجبة وشحنة نهائية بعد التسرب)، لكن عدد الشحنات يزداد بعد التحلل الحراري.
بعد ساعتين من الإجهاد الحراري عند ٢٠٠ درجة مئوية، أصبح سلوك المسحوق مثيرًا للاهتمام. في العينتين (أ) و(ب)، انخفضت الشحنة الأولية وتحولت الشحنة النهائية من سالبة إلى موجبة. سجّل مسحوق SS 316L أعلى شحنة أولية، وأصبح تغير كثافة شحنته موجبًا، لكنه ظل منخفضًا (أي ٠٫٠٣٣ نانو كولوم/جم).
لقد قمنا بدراسة تأثير التحلل الحراري على السلوك المشترك لمساحيق سبائك الألومنيوم (AlSi10Mg) ومسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، في حين تم تحليل المساحيق الأصلية بعد ساعتين عند 200 درجة مئوية في الهواء.
يمكن أن يُحسّن استخدام المساحيق عند درجات حرارة مرتفعة من سيولة المنتج، وهو تأثير يبدو أكثر أهميةً للمساحيق ذات المساحة النوعية العالية والمواد ذات الموصلية الحرارية العالية. استُخدم GranuDrum لتقييم التدفق، وGranuPack لتحليل التعبئة الديناميكية، وGranuCharge لتحليل الاحتكاك الكهربائي للمسحوق عند ملامسته لأنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.
تم تحديد هذه النتائج باستخدام برنامج GranuPack، الذي أظهر تحسنًا في معامل هاوسنر لكل مسحوق (باستثناء العينة أ، نظرًا لحجم الأخطاء) بعد عملية الإجهاد الحراري. لم يُعثر على اتجاه واضح لمعامل التعبئة (n⁻½)، حيث أظهرت بعض المنتجات زيادة في سرعة التعبئة، بينما كان للبعض الآخر تأثير متباين (مثل العينتين ب وج).