Við notum vafrakökur til að bæta upplifun þína. Með því að halda áfram að vafra um þessa síðu samþykkir þú notkun okkar á vafrakökum. Frekari upplýsingar.
Aukefnisframleiðsla (e. additive manufacturing, AM) felur í sér að búa til þrívíddarhluti, eitt örþunnt lag í einu, sem gerir það dýrara en hefðbundin vinnsla. Hins vegar er aðeins lítill hluti af duftinu soðinn við íhlutinn við samsetningarferlið. Afgangurinn bráðnar ekki saman, þannig að hægt er að endurnýta hann. Ef hluturinn er hins vegar búinn til á hefðbundinn hátt þarf venjulega að mala og vélræna vinnslu til að fjarlægja efnið.
Eiginleikar duftsins ákvarða færibreytur vélarinnar og þá verður að taka með í reikninginn í fyrsta lagi. Kostnaður við amfetamín væri ekki hagkvæmur þar sem óbrætt duft er mengað og ekki endurvinnanlegt. Niðurbrot duftsins hefur í för með sér tvö fyrirbæri: efnabreytingar á vörunni og breytingar á vélrænum eiginleikum eins og formgerð og agnastærðardreifingu.
Í fyrra tilvikinu er aðalverkefnið að búa til fastar byggingar sem innihalda hreinar málmblöndur, þannig að við þurfum að forðast mengun duftsins, til dæmis með oxíðum eða nítríðum. Í síðara tilvikinu tengjast þessir þættir fljótandi efni og smyrjanleika. Þess vegna getur hver breyting á eiginleikum duftsins leitt til ójafnrar dreifingar vörunnar.
Gögn úr nýlegum ritum benda til þess að hefðbundnir flæðimælar geti ekki veitt fullnægjandi upplýsingar um dreifingu dufts í AM út frá duftlaginu. Hvað varðar einkenni hráefnisins (eða duftsins) eru nokkrar viðeigandi mæliaðferðir á markaðnum sem geta uppfyllt þessa kröfu. Spennuástandið og flæðisvið duftsins verða að vera þau sömu í mæliuppsetningunni og í ferlinu. Tilvist þjöppunarálags er ósamrýmanleg frjálsu yfirborðsflæði sem notað er í IM tækjum í skerprófurum og hefðbundnum rheometra.
GranuTools hefur þróað vinnuflæði til að greina AM duft. Meginmarkmið okkar er að útbúa hverja rúmfræði með nákvæmu ferlishermunartóli og þetta vinnuflæði er notað til að skilja og fylgjast með þróun duftgæða í ýmsum prentferlum. Nokkrar staðlaðar álblöndur (AlSi10Mg) voru valdar fyrir mismunandi endingartíma við mismunandi hitaálag (frá 100 til 200°C).
Hægt er að stjórna varmabreytingum með því að greina getu duftsins til að safna rafhleðslu. Duftið var greint með tilliti til flæðis (GranuDrum tæki), pökkunarhraða (GranuPack tæki) og rafstöðueiginleika (GranuCharge tæki). Mælingar á samloðunar- og pökkunarhraða eru hentugar til að fylgjast með gæðum duftsins.
Duft sem auðvelt er að bera á sýnir lága samloðunarstuðul, en duft með hraðri fyllingardynamík mun framleiða vélræna hluti með minni gegndræpi samanborið við vörur sem eru erfiðari að fylla.
Eftir nokkurra mánaða geymslu í rannsóknarstofu okkar voru þrjú sýni úr álblöndu með mismunandi agnastærðardreifingu (AlSi10Mg) og eitt sýni úr 316L ryðfríu stáli valin, hér nefnd sýni A, B og C. Eiginleikar sýnanna geta verið frábrugðnir öðrum framleiðendum. Agnastærðardreifing sýnisins var mæld með leysigeisladiffraktionsgreiningu/ISO 13320.
Þar sem þeir stjórna breytum vélarinnar verður fyrst að taka tillit til eiginleika duftsins, og ef óbrætt duft er talið mengað og óendurvinnanlegt, þá er aukefnaframleiðsla ekki eins hagkvæm og vonast var til. Þess vegna verða þrír breytur rannsakaðir: duftflæði, pökkunardynamík og rafstöðueiginleikar.
Dreifanleiki tengist einsleitni og „sléttleika“ duftlagsins eftir endurmálun. Þetta er mjög mikilvægt þar sem slétt yfirborð er auðveldara að prenta og hægt er að skoða með GranuDrum tólinu sem mælir viðloðunarstuðul.
Þar sem svitaholur eru veikir punktar í efni geta þær leitt til sprungna. Fyllingareiginleikar eru annar lykilþátturinn þar sem hraðfyllandi duft veitir lágt gegndræpi. Þessi hegðun er mæld með GranuPack með gildinu n1/2.
Rafhleðslur í duftinu skapa samloðunarkrafta sem leiða til myndunar kekkja. GranuCharge mælir getu dufts til að mynda rafstöðuhleðslu þegar það kemst í snertingu við tiltekin efni meðan á flæði stendur.
Við vinnslu getur GranuCharge spáð fyrir um hnignun flæðis, til dæmis þegar lag myndast í AM. Þannig eru mælingarnar mjög næmar fyrir ástandi kornyfirborðsins (oxun, mengun og ójöfnur). Þá er hægt að magngreina öldrun endurheimta duftsins nákvæmlega (±0,5 nC).
GranuDrum er forrituð aðferð til að mæla duftflæði sem byggir á meginreglunni um snúningstrommu. Helmingur duftsýnisins er í láréttum sívalningi með gegnsæjum hliðarveggjum. Tromman snýst um ás sinn á hraða frá 2 til 60 snúninga á mínútu og CCD-myndavélin tekur myndir (frá 30 til 100 myndir með 1 sekúndu millibili). Loft/duftviðmótið er greint á hverri mynd með því að nota brúnagreiningarreiknirit.
Reiknið út meðalstöðu tengiflatarins og sveiflurnar í kringum þessa meðalstöðu. Fyrir hvern snúningshraða er flæðishornið (eða „hreyfihornið“) αf reiknað út frá meðalstöðu tengiflatarins og hreyfifræðilegi samloðunarstuðullinn σf sem tengist efnatengjum er greindur út frá sveiflum í tengiflatarnum.
Flæðishornið er undir áhrifum fjölda þátta: núnings, lögunar og samloðunar milli agna (van der Waals, rafstöðukraftar og háræðakraftar). Samloðandi duft leiðir til slitrótts flæðis, en óseigfljótandi duft leiðir til reglulegs flæðis. Lágt gildi flæðishornsins αf samsvara góðu flæði. Kvikur viðloðunarvísitala nálægt núlli samsvarar ósamloðandi dufti, þannig að þegar viðloðun duftsins eykst, eykst viðloðunarvísitalan í samræmi við það.
GranuDrum gerir þér kleift að mæla fyrsta horn snjóflóðsins og loftun duftsins meðan á flæðinu stendur, sem og að mæla viðloðunarstuðulinn σf og flæðishornið αf eftir snúningshraða.
Mælingar á rúmmálsþéttleika, tappaþéttleika og Hausner-hlutfalli GranuPack (einnig þekktar sem „tappapróf“) eru tilvaldar til að greina duft vegna auðveldrar og hraðar mælinga. Þéttleiki duftsins og hæfni til að auka þéttleika þess eru mikilvægir þættir við geymslu, flutning, kekkjun o.s.frv. Ráðlagðar aðferðir eru lýstar í lyfjaskránni.
Þessi einfalda prófun hefur þrjá megingalla. Mælingin er háð notandanum og fyllingaraðferðin hefur áhrif á upphafsrúmmál duftsins. Mæling á heildarrúmmáli getur leitt til alvarlegra skekkju í niðurstöðunum. Vegna einfaldleika tilraunarinnar tókum við ekki tillit til þjöppunarhreyfingarinnar milli upphafs- og lokamælinga.
Hegðun duftsins sem var gefið inn í samfellda útrásina var greind með sjálfvirkum búnaði. Mælið Hausner-stuðulinn Hr nákvæmlega, upphafsþéttleika ρ(0) og lokaþéttleika ρ(n) eftir n smell.
Fjöldi tappa er venjulega fastur við n=500. GranuPack er sjálfvirk og háþróuð mæling á tappaþéttleika byggð á nýlegum rannsóknum á hreyfifræði.
Hægt er að nota aðrar vísitölur, en þær eru ekki gefnar upp hér. Duftið er sett í málmrör með ströngu sjálfvirku frumstillingarferli. Útreikningur á breytunni n1/2 og hámarksþéttleikanum ρ(∞) hefur verið fjarlægður úr þjöppunarferlinum.
Léttur, holur sívalningur situr ofan á duftlaginu til að halda duft-/loftviðmótinu jöfnu við þjöppun. Rörið sem inniheldur duftsýnið rís upp í fasta hæð ΔZ og fellur frjálslega niður í hæð sem er venjulega föst við ΔZ = 1 mm eða ΔZ = 3 mm, sem er mæld sjálfkrafa eftir hverja snertingu. Reiknið rúmmál V hrúgunnar út frá hæðinni.
Þéttleiki er hlutfall massans m og rúmmáls duftlagsins V. Massi duftsins m er þekktur, þéttleikinn ρ er notaður eftir hvert árekstur.
Hausner-stuðullinn Hr tengist þjöppunarstuðlinum og er greindur með jöfnunni Hr = ρ(500) / ρ(0), þar sem ρ(0) er upphafsþéttleiki og ρ(500) er reiknað flæði eftir 500 lotur. Þéttleikatappi. Þegar GranuPack aðferðin er notuð eru niðurstöðurnar endurtakanlegar með því að nota lítið magn af dufti (venjulega 35 ml).
Eiginleikar duftsins og eiginleikar efnisins sem tækið er gert úr eru lykilþættir. Við flæði myndast rafstöðuhleðslur inni í duftinu vegna rafseguláhrifa, sem er skipti á hleðslum þegar tvö föst efni komast í snertingu.
Þegar duftið flæðir inn í tækið verður rafseguláhrif við snertingu agnanna og við snertingu agnanna við tækið.
Við snertingu við valið efni mælir GranuCharge sjálfkrafa magn rafstöðuhleðslu sem myndast inni í duftinu við flæði. Duftsýnið rennur inn í titrandi V-rörið og fellur í Faraday-bolla sem er tengdur við rafmæli sem mælir hleðsluna sem myndast þegar duftið hreyfist inni í V-rörinu. Til að fá endurteknar niðurstöður skal nota snúnings- eða titringstæki til að fæða V-rörin oft.
Rafstraumsáhrifin valda því að einn hlutur tekur við rafeindum á yfirborði sínu og verður þannig neikvætt hlaðinn, en annar hlutur missir rafeindir og verður þannig jákvætt hlaðinn. Sum efni taka við rafeindum auðveldlegar en önnur, og á sama hátt missa önnur efni rafeindir auðveldlegar.
Hvaða efni verður neikvætt og hvað verður jákvætt fer eftir hlutfallslegri tilhneigingu efnanna til að taka við eða missa rafeindir. Til að tákna þessar þróunir var þróuð rafspennuröðin sem sýnd er í töflu 1. Efni með jákvæða hleðsluþróun og önnur með neikvæða hleðsluþróun eru talin upp, og efnisaðferðir sem sýna enga hegðunarþróun eru taldar upp í miðri töflunni.
Hins vegar veitir taflan aðeins upplýsingar um þróun í hleðsluhegðun efna, þannig að GranuCharge var búið til til að veita nákvæm töluleg gildi fyrir hleðsluhegðun dufts.
Nokkrar tilraunir voru gerðar til að greina varmauppbrot. Sýnin voru sett við 200°C í eina til tvær klukkustundir. Duftið er síðan strax greint með GranuDrum (heitt heiti). Duftið var síðan sett í ílát þar til það náði stofuhita og síðan greint með GranuDrum, GranuPack og GranuCharge (þ.e. „kalt“).
Óunnin sýni voru greind með GranuPack, GranuDrum og GranuCharge við sama rakastig/hitastig í stofu (þ.e. 35,0 ± 1,5% RH og 21,0 ± 1,0 °C hitastig).
Samloðunarvísitalan reiknar út flæði dufts og tengist breytingum á stöðu snertifletisins (duft/loft), sem eru aðeins þrír snertikraftar (van der Waals, háræðarkraftar og rafstöðukraftar). Fyrir tilraunina var rakastig lofts (RH, %) og hitastig (°C) skráð. Síðan var duftinu hellt í tunnuna og tilraunin hófst.
Við komumst að þeirri niðurstöðu að þessar vörur eru ekki viðkvæmar fyrir kekkjun þegar þixótrópískir breytur eru teknar með í reikninginn. Athyglisvert er að hitastreita breytti seigjuhegðun duftsins í sýnum A og B úr þykknun með klippikrafti í þynningu með klippikrafti. Hins vegar urðu sýni C og SS 316L ekki fyrir áhrifum af hitastigi og sýndu aðeins þykknun með klippikrafti. Hvort duft hafði betri útbreiðsluhæfni (þ.e. lægri samloðunarstuðul) eftir upphitun og kælingu.
Áhrif hitastigs eru einnig háð tilteknu flatarmáli agnanna. Því hærri sem varmaleiðni efnisins er, því meiri eru áhrifin á hitastig (þ.e. Δ225°?=250°?-1?-1) og Δ316°? 225°?=19°?-1?-1). Því minni sem agnirnar eru, því meiri eru áhrif hitastigs. Álblönduduft er frábært fyrir notkun við háan hita vegna aukinnar dreifingarhæfni þess og jafnvel kæld sýni ná betri flæði en upprunalega duftið.
Fyrir hverja GranuPack tilraun var massi duftsins skráður fyrir hverja tilraun og sýnið var höggið 500 sinnum með höggtíðni 1 Hz og frjálsu falli 1 mm í mælihólfinu (höggorka ∝). Sýnið er sett í mælihólfið samkvæmt notendaháðum hugbúnaðarleiðbeiningum. Síðan voru mælingarnar endurteknar tvisvar til að meta endurtekningarhæfni og meðaltal og staðalfrávik rannsökuð.
Eftir að GranuPack greiningunni er lokið er upphafsrúmþéttleiki (ρ(0)), lokarúmþéttleiki (við margar mælingar, n = 500, þ.e. ρ(500)), Hausner hlutfall/Carr vísitala (Hr/Cr) og tveir skráningarþættir (n1/2 og τ) sem tengjast þjöppunarhraða mældir. Kjörþéttleikinn ρ(∞) er einnig sýndur (sjá viðauka 1). Taflan hér að neðan endurskipuleggur tilraunagögnin.
Myndir 6 og 7 sýna heildarþjöppunarferilinn (rúmmálsþéttleiki á móti fjölda árekstra) og n1/2/Hausner breytuhlutfallið. Villustikur reiknaðar með meðaltali eru sýndar á hverri feril og staðalfrávik voru reiknuð með endurtekningarprófunum.
Þyngsta efnið úr 316L ryðfríu stáli var efnið (ρ(0) = 4,554 g/mL). Hvað varðar þéttleika er SS 316L enn þyngsta duftið (ρ(n) = 5,044 g/mL), síðan kemur sýni A (ρ(n) = 1,668 g/mL), síðan kemur sýni B (ρ(n) = 1,668 g/ml). (n) = 1,645 g/ml). Sýni C var lægst (ρ(n) = 1,581 g/mL). Samkvæmt rúmmálsþéttleika upphaflega duftsins sjáum við að sýni A er léttast, og miðað við villurnar (1,380 g/ml) hafa sýni B og C nokkurn veginn sama gildi.
Þegar duftið er hitað minnkar Hausner-hlutfallið og þetta gerist aðeins í sýnum B, C og SS 316L. Fyrir sýni A var ekki hægt að framkvæma þetta vegna stærðar villustikanna. Fyrir n1/2 er undirstrikun breytuþróunarinnar flóknari. Fyrir sýni A og SS 316L lækkaði gildi n1/2 eftir 2 klst. við 200°C, en fyrir duft B og C jókst það eftir hitahleðslu.
Titringsfóðrari var notaður fyrir hverja GranuCharge tilraun (sjá mynd 8). Notað var rör úr 316L ryðfríu stáli. Mælingar voru endurteknar þrisvar sinnum til að meta endurtekningarhæfni. Þyngd afurðarinnar sem notuð var fyrir hverja mælingu var um það bil 40 ml og ekkert duft fannst eftir mælingu.
Fyrir tilraunina var þyngd duftsins (mp, g), rakastig (RH, %) og hitastig (°C) skráð. Í upphafi prófunarinnar var hleðsluþéttleiki frumduftsins (q0 í µC/kg) mæld með því að setja duftið í Faraday-bolla. Að lokum var massi duftsins ákvarðaður og lokahleðsluþéttleiki (qf, µC/kg) og Δq (Δq = qf – q0) í lok tilraunarinnar reiknaðir.
Óunnin GranuCharge gögn eru sýnd í töflu 2 og mynd 9 (σ er staðalfrávik reiknað út frá niðurstöðum endurtekningarprófsins) og niðurstöðurnar eru sýndar sem súlurit (aðeins q0 og Δq eru sýnd). SS 316L hefur lægstu upphafshleðsluna; þetta gæti stafað af því að þessi vara hefur hæstu PSD. Þegar kemur að upphafshleðslu á dufti úr hráálblöndu er ekki hægt að draga ályktanir vegna stærðar villnanna.
Eftir snertingu við 316L ryðfría stálpípu fékk sýni A minnstu hleðsluna, en duft B og C sýndu svipaða þróun. Ef SS 316L dufti var nuddað við SS 316L fannst hleðsluþéttleiki nálægt 0 (sjá spennurafmagnsröð). Vara B er enn meira hlaðin en A. Fyrir sýni C heldur þróunin áfram (jákvæð upphafshleðsla og lokahleðsla eftir leka), en fjöldi hleðslna eykst eftir varmabreytingu.
Eftir tveggja klukkustunda hitaspennu við 200°C verður hegðun duftsins mjög áhugaverð. Í sýnum A og B minnkaði upphafshleðslan og lokahleðslan færðist úr neikvæðri í jákvæða. SS 316L duft hafði hæstu upphafshleðsluna og breyting á hleðsluþéttleika þess varð jákvæð en hélst lág (þ.e. 0,033 nC/g).
Við rannsökuðum áhrif hitauppstreymis á samanlagða hegðun álblöndu (AlSi10Mg) og 316L ryðfríu stáldufts, en upprunalega duftið var greint eftir 2 klukkustundir við 200°C í lofti.
Notkun dufts við hækkað hitastig getur bætt flæði vörunnar, áhrif sem virðast vera mikilvægari fyrir duft með hátt eðlisflatarmál og efni með mikla varmaleiðni. GranuDrum var notað til að meta flæði, GranuPack var notað fyrir greiningu á hreyfibúnaði og GranuCharge var notað til að greina rafspennu dufts í snertingu við 316L ryðfría stálpípu.
Þessar niðurstöður voru ákvarðaðar með GranuPack, sem sýndi fram á bata á Hausner-stuðlinum fyrir hvert duft (að undanskildum sýni A, vegna stærðar villanna) eftir hitaspennuferlið. Engin skýr tilhneiging fannst fyrir pökkunarbreytuna (n1/2) þar sem sumar vörur sýndu aukningu á pökkunarhraða en aðrar höfðu andstæða áhrif (t.d. sýni B og C).