Mēs izmantojam sīkfailus, lai uzlabotu jūsu pieredzi. Turpinot pārlūkot šo vietni, jūs piekrītat mūsu sīkfailu lietošanai. Papildinformācija.
Aditīvā ražošana (AM) ietver 3D objektu izveidi, pa vienam īpaši plānam slānim vienlaikus, padarot to dārgāku nekā tradicionālā apstrāde. Tomēr montāžas procesā pie komponentes tiek piemetināta tikai neliela daļa pulvera. Pārējā daļa nesaplūst, tāpēc to var izmantot atkārtoti. Turpretī, ja objekts tiek izveidots klasiskā veidā, materiāla noņemšanai parasti ir nepieciešama frēzēšana un apstrāde.
Pulvera īpašības nosaka iekārtas parametrus, un tās ir jāņem vērā, pirmkārt. AM izmaksas nebūtu ekonomiskas, ņemot vērā, ka neizkausētais pulveris ir piesārņots un nav pārstrādājams. Pulvera degradācija izraisa divas parādības: produkta ķīmisku modifikāciju un izmaiņas mehāniskajās īpašībās, piemēram, morfoloģijā un daļiņu izmēra sadalījumā.
Pirmajā gadījumā galvenais uzdevums ir izveidot cietas struktūras, kas satur tīrus sakausējumus, tāpēc mums jāizvairās no pulvera piesārņošanas, piemēram, ar oksīdiem vai nitrīdiem. Pēdējā parādībā šie parametri ir saistīti ar plūstamību un izkliedējamību. Tāpēc jebkuras pulvera īpašību izmaiņas var izraisīt produkta nevienmērīgu sadalījumu.
Jaunāko publikāciju dati liecina, ka klasiskie plūsmas mērītāji nevar sniegt atbilstošu informāciju par pulvera sadalījumu atvasinātajā masā (AM), pamatojoties uz pulvera slāni. Attiecībā uz izejmateriāla (vai pulvera) raksturojumu tirgū ir pieejamas vairākas atbilstošas ​​mērīšanas metodes, kas var apmierināt šo prasību. Sprieguma stāvoklim un pulvera plūsmas laukam jābūt vienādiem mērīšanas iestatījumos un procesā. Spiedes slodžu klātbūtne nav savienojama ar brīvas virsmas plūsmu, ko izmanto IM ierīcēs bīdes testeros un klasiskajos reometros.
GranuTools ir izstrādājis darbplūsmu additīvās ražošanas pulvera raksturošanai. Mūsu galvenais mērķis ir aprīkot katru ģeometriju ar precīzu procesa simulācijas rīku, un šī darbplūsma tiek izmantota, lai izprastu un izsekotu pulvera kvalitātes attīstību dažādos drukas procesos. Dažādiem ilgumiem pie dažādām termiskajām slodzēm (no 100 līdz 200 °C) tika izvēlēti vairāki standarta alumīnija sakausējumi (AlSi10Mg).
Termisko degradāciju var kontrolēt, analizējot pulvera spēju uzkrāt elektrisko lādiņu. Pulveriem tika analizēta plūstamība (GranuDrum instruments), blīvēšanas kinētika (GranuPack instruments) un elektrostatiskā uzvedība (GranuCharge instruments). Kohēzijas un blīvēšanas kinētikas mērījumi ir piemēroti pulvera kvalitātes izsekošanai.
Viegli uzklājamiem pulveriem būs zemi kohēzijas indeksi, savukārt pulveriem ar ātru aizpildīšanas dinamiku būs zemāka porainība salīdzinājumā ar grūtāk aizpildāmiem izstrādājumiem.
Pēc vairāku mēnešu uzglabāšanas mūsu laboratorijā tika atlasīti trīs alumīnija sakausējuma pulveri ar atšķirīgu daļiņu izmēra sadalījumu (AlSi10Mg) un viens 316L nerūsējošā tērauda paraugs, šeit saukti par A, B un C paraugiem. Paraugu īpašības var atšķirties no citiem ražotājiem. Parauga daļiņu izmēra sadalījums tika mērīts ar lāzera difrakcijas analīzi/ISO 13320.
Tā kā tie kontrolē mašīnas parametrus, vispirms jāņem vērā pulvera īpašības, un, ja neizkausēti pulveri tiek uzskatīti par piesārņotiem un nepārstrādājamiem, tad aditīvā ražošana nav tik ekonomiska, kā varētu cerēt. Tāpēc tiks pētīti trīs parametri: pulvera plūsma, iepakošanas dinamika un elektrostatika.
Uzklājamība ir saistīta ar pulvera slāņa vienmērīgumu un “gludumu” pēc atkārtotas pārklāšanas. Tas ir ļoti svarīgi, jo gludas virsmas ir vieglāk drukāt un tās var pārbaudīt ar GranuDrum instrumentu ar adhēzijas indeksa mērījumu.
Tā kā poras ir materiāla vājās vietas, tās var izraisīt plaisas. Piepildījuma dinamika ir otrais galvenais parametrs, jo ātri piepildošie pulveri nodrošina zemu porainību. Šo uzvedību mēra ar GranuPack ar vērtību n1/2.
Elektrisko lādiņu klātbūtne pulverī rada kohēzijas spēkus, kas noved pie aglomerātu veidošanās. GranuCharge mēra pulveru spēju ģenerēt elektrostatisko lādiņu, saskaroties ar izvēlētiem materiāliem plūsmas laikā.
Apstrādes laikā GranuCharge var paredzēt plūsmas pasliktināšanos, piemēram, veidojot slāni aditīvajā tehnoloģijā (AM). Tādējādi iegūtie mērījumi ir ļoti jutīgi pret graudu virsmas stāvokli (oksidāciju, piesārņojumu un raupjumu). Pēc tam var precīzi kvantitatīvi noteikt atgūtā pulvera novecošanos (±0,5 nC).
GranuDrum ir programmēta pulvera plūsmas mērīšanas metode, kuras pamatā ir rotējošā cilindra princips. Puse pulvera parauga atrodas horizontālā cilindrā ar caurspīdīgām sānu sienām. Cilindrs rotē ap savu asi ar leņķisko ātrumu no 2 līdz 60 apgr./min, un CCD kamera uzņem attēlus (no 30 līdz 100 attēliem ar 1 sekundes intervālu). Gaisa/pulvera saskarne tiek identificēta katrā attēlā, izmantojot malu noteikšanas algoritmu.
Aprēķiniet saskarnes vidējo pozīciju un svārstības ap šo vidējo pozīciju. Katram rotācijas ātrumam plūsmas leņķis (jeb "dinamiskais miera leņķis") αf tiek aprēķināts no vidējās saskarnes pozīcijas, un dinamiskais kohēzijas koeficients σf, kas saistīts ar starpgraudu saikni, tiek analizēts no saskarnes svārstībām.
Plūsmas leņķi ietekmē vairāki parametri: berze, forma un kohēzija starp daļiņām (van der Valsa spēks, elektrostatiskie un kapilārie spēki). Kohēzivi pulveri rada periodisku plūsmu, savukārt neviskozi pulveri nodrošina regulāru plūsmu. Zemas plūsmas leņķa αf vērtības atbilst labai plūsmai. Dinamiskās adhēzijas indekss, kas ir tuvu nullei, atbilst nekohezīvam pulverim, tāpēc, palielinoties pulvera adhēzijai, attiecīgi palielinās arī adhēzijas indekss.
GranuDrum ļauj izmērīt lavīnas pirmo leņķi un pulvera aerāciju plūsmas laikā, kā arī izmērīt adhēzijas indeksu σf un plūsmas leņķi αf atkarībā no griešanās ātruma.
GranuPack tilpuma blīvuma, uzsišanas blīvuma un Hausnera attiecības mērījumi (pazīstami arī kā “uzsišanas testi”) ir ideāli piemēroti pulvera raksturošanai, pateicoties to vienkāršībai un ātrumam mērīt. Pulvera blīvums un spēja palielināt tā blīvumu ir svarīgi parametri uzglabāšanas, transportēšanas, aglomerācijas u. c. laikā. Ieteicamās procedūras ir izklāstītas Farmakopejā.
Šim vienkāršajam testam ir trīs galvenie trūkumi. Mērījums ir atkarīgs no operatora, un iepildīšanas metode ietekmē pulvera sākotnējo tilpumu. Kopējā tilpuma mērīšana var radīt nopietnas kļūdas rezultātos. Eksperimenta vienkāršības dēļ mēs neņēmām vērā sablīvēšanās dinamiku starp sākotnējo un galīgo mērījumu.
Nepārtrauktās darbības izvadā padotā pulvera uzvedība tika analizēta, izmantojot automatizētu aprīkojumu. Pēc n klikšķiem precīzi izmēriet Hausnera koeficientu Hr, sākotnējo blīvumu ρ(0) un galīgo blīvumu ρ(n).
Pieskārienu skaits parasti tiek fiksēts uz n=500. GranuPack ir automatizēta un uzlabota pieskārienu blīvuma mērīšana, kuras pamatā ir jaunākie dinamiskie pētījumi.
Var izmantot arī citus indeksus, taču tie šeit nav sniegti. Pulveris tiek ievietots metāla caurulē, izmantojot stingru automatizētu inicializācijas procesu. Dinamiskā parametra n1/2 un maksimālā blīvuma ρ(∞) ekstrapolācija ir noņemta no blīvēšanas līknes.
Viegls dobs cilindrs atrodas pulvera slāņa augšpusē, lai sablīvēšanas laikā pulvera/gaisa saskarni uzturētu vienā līmenī. Caurule, kurā atrodas pulvera paraugs, paceļas līdz fiksētam augstumam ΔZ un brīvi krīt augstumā, kas parasti ir fiksēts ΔZ = 1 mm vai ΔZ = 3 mm, un to automātiski mēra pēc katra pieskāriena. Aprēķiniet kaudzes tilpumu V no augstuma.
Blīvums ir masas m attiecība pret pulvera slāņa tilpumu V. Pulvera masa m ir zināma, blīvums ρ tiek piemērots pēc katra trieciena.
Hausnera koeficients Hr ir saistīts ar blīvēšanas koeficientu un tiek analizēts ar vienādojumu Hr = ρ(500) / ρ(0), kur ρ(0) ir sākotnējais tilpuma blīvums un ρ(500) ir aprēķinātā plūsma pēc 500 cikliem. Blīvuma noteikšana. Izmantojot GranuPack metodi, rezultāti ir reproducējami, izmantojot nelielu pulvera daudzumu (parasti 35 ml).
Pulvera īpašības un materiāla īpašības, no kura ierīce ir izgatavota, ir galvenie parametri. Plūsmas laikā pulvera iekšpusē rodas elektrostatiskie lādiņi triboelektriskā efekta dēļ, kas ir lādiņu apmaiņa, kad divas cietas vielas nonāk saskarē.
Kad pulveris plūst ierīces iekšpusē, daļiņu saskarē un daļiņu saskarē ar ierīci rodas triboelektriskais efekts.
Saskaroties ar izvēlēto materiālu, GranuCharge automātiski mēra plūsmas laikā pulvera iekšpusē ģenerētā elektrostatiskā lādiņa daudzumu. Pulvera paraugs plūst vibrējošās V-veida caurules iekšpusē un iekrīt Faradeja traukā, kas savienots ar elektrometru, kurš mēra lādiņu, kas iegūts, pulverim pārvietojoties V-veida caurulē. Lai iegūtu reproducējamus rezultātus, bieži barojiet V-veida caurules, izmantojot rotējošu vai vibrējošu ierīci.
Triboelektriskais efekts izraisa to, ka viens objekts uz savas virsmas iegūst elektronus un tādējādi kļūst negatīvi lādēts, savukārt cits objekts zaudē elektronus un tādējādi kļūst pozitīvi lādēts. Daži materiāli iegūst elektronus vieglāk nekā citi, un līdzīgi citi materiāli zaudē elektronus vieglāk.
Tas, kurš materiāls kļūst negatīvs un kurš – pozitīvs, ir atkarīgs no iesaistīto materiālu relatīvās tieksmes iegūt vai zaudēt elektronus. Lai attēlotu šīs tendences, tika izstrādāta 1. tabulā parādītā triboelektriskā sērija. Ir uzskaitīti materiāli ar pozitīvu lādiņa tendenci un citi ar negatīvu lādiņa tendenci, un tabulas vidū ir uzskaitītas materiālu metodes, kas neuzrāda nekādas uzvedības tendences.
No otras puses, tabulā sniegta informācija tikai par materiālu uzlādes uzvedības tendencēm, tāpēc GranuCharge tika izveidots, lai sniegtu precīzas skaitliskās vērtības pulveru uzlādes uzvedībai.
Lai analizētu termisko sadalīšanos, tika veikti vairāki eksperimenti. Paraugi tika ievietoti 200 °C temperatūrā vienu līdz divas stundas. Pēc tam pulveris nekavējoties tika analizēts ar GranuDrum (karstais nosaukums). Pēc tam pulveris tika ievietots traukā, līdz tas sasniedza apkārtējās vides temperatūru, un pēc tam analizēts, izmantojot GranuDrum, GranuPack un GranuCharge (t. i., “aukstais”).
Neapstrādāti paraugi tika analizēti, izmantojot GranuPack, GranuDrum un GranuCharge tādā pašā telpas mitruma/temperatūras apstākļos (t. i., 35,0 ± 1,5 % relatīvais mitrums un 21,0 ± 1,0 °C temperatūra).
Kohēzijas indekss aprēķina pulveru plūstamību un korelē ar saskarnes (pulveris/gaiss) pozīcijas izmaiņām, kas ir tikai trīs saskares spēki (van der Valsa, kapilārie un elektrostatiskie spēki). Pirms eksperimenta tika reģistrēts relatīvais gaisa mitrums (RH, %) un temperatūra (°C). Pēc tam pulveris tika ieliets mucā, un eksperiments sākās.
Ņemot vērā tiksotropiskos parametrus, secinājām, ka šie produkti nav uzņēmīgi pret aglomerāciju. Interesanti, ka termiskā spriedze mainīja A un B paraugu pulveru reoloģisko uzvedību no bīdes sabiezēšanas līdz bīdes retināšanai. Savukārt C paraugus un SS 316L temperatūra neietekmēja, un tie uzrādīja tikai bīdes sabiezēšanu. Katram pulverim bija labāka uzklājamība (t. i., zemāks kohēzijas indekss) pēc karsēšanas un atdzesēšanas.
Temperatūras ietekme ir atkarīga arī no daļiņu īpatnējā laukuma. Jo augstāka ir materiāla siltumvadītspēja, jo lielāka ir ietekme uz temperatūru (t.i., ???225°? = 250°.?-1.?-1) un ???316°. 225°? = 19°.?-1.?-1). Jo mazāka ir daļiņa, jo lielāka ir temperatūras ietekme. Alumīnija sakausējumu pulveri ir lieliski piemēroti augstas temperatūras pielietojumiem, pateicoties to paaugstinātajai izkliedējamībai, un pat atdzesēti paraugi sasniedz labāku plūstamību nekā sākotnējie pulveri.
Katram GranuPack eksperimentam pirms katra eksperimenta tika reģistrēta pulvera masa, un paraugs tika 500 reizes trāpīts ar trieciena frekvenci 1 Hz ar brīvu kritienu 1 mm mērīšanas kamerā (trieciena enerģija ∝). Paraugs tiek ievadīts mērīšanas kamerā saskaņā ar lietotāja neatkarīgām programmatūras instrukcijām. Pēc tam mērījumi tika atkārtoti divas reizes, lai novērtētu reproducējamību un izpētītu vidējo vērtību un standartnovirzi.
Pēc GranuPack analīzes pabeigšanas tiek parādīts sākotnējais tilpuma blīvums (ρ(0)), galīgais tilpuma blīvums (pēc vairākiem piesitieniem, n = 500, t. i., ρ(500)), Hausnera attiecība/Kāra indekss (Hr/Cr) un divi reģistrācijas parametri (n1/2 un τ), kas saistīti ar blīvēšanas kinētiku. Tiek parādīts arī optimālais blīvums ρ(∞) (sk. 1. pielikumu). Zemāk esošajā tabulā ir pārstrukturēti eksperimentālie dati.
6. un 7. attēlā redzama kopējā sablīvēšanās līkne (tilpuma blīvums pret triecienu skaitu) un n1/2/Hausnera parametra attiecība. Katrā līknē ir parādītas kļūdu joslas, kas aprēķinātas, izmantojot vidējo vērtību, un standartnovirzes tika aprēķinātas, izmantojot atkārtojamības testu.
316L nerūsējošā tērauda izstrādājums bija vissmagākais produkts (ρ(0) = 4,554 g/ml). Runājot par piesiešanas blīvumu, SS 316L joprojām ir vissmagākais pulveris (ρ(n) = 5,044 g/ml), kam seko A paraugs (ρ(n) = 1,668 g/ml), kam seko B paraugs (ρ(n) = 1,668 g/ml). /ml) (n) = 1,645 g/ml). C paraugs bija viszemākais (ρ(n) = 1,581 g/ml). Saskaņā ar sākotnējā pulvera tilpuma blīvumu, mēs redzam, ka A paraugs ir vieglākais, un, ņemot vērā kļūdas (1,380 g/ml), B un C paraugiem ir aptuveni vienāda vērtība.
Karsējot pulveri, tā Hausnera koeficients samazinās, un tas notiek tikai ar paraugiem B, C un SS 316L. Paraugam A to nebija iespējams veikt kļūdu joslu lieluma dēļ. n1/2 parametriskā tendences pasvītrošana ir sarežģītāka. Paraugam A un SS 316L n1/2 vērtība samazinājās pēc 2 stundām 200 °C temperatūrā, savukārt pulveriem B un C tā palielinājās pēc termiskās slodzes.
Katram GranuCharge eksperimentam tika izmantots vibrējošs padevējs (sk. 8. attēlu). Izmantotas 316L nerūsējošā tērauda caurules. Mērījumi tika atkārtoti 3 reizes, lai novērtētu atkārtojamību. Katrā mērījumā izmantotā produkta svars bija aptuveni 40 ml, un pēc mērīšanas pulveris netika atgūts.
Pirms eksperimenta tika reģistrēts pulvera svars (mp, g), relatīvais gaisa mitrums (RH, %) un temperatūra (°C). Testa sākumā primārā pulvera lādiņa blīvums (q0 µC/kg) tika mērīts, ievietojot pulveri Faradeja traukā. Visbeidzot, pulvera masa tika fiksēta un eksperimenta beigās tika aprēķināts galīgais lādiņa blīvums (qf, µC/kg) un Δq (Δq = qf – q0).
Neapstrādātie GranuCharge dati ir parādīti 2. tabulā un 9. attēlā (σ ir standartnovirze, kas aprēķināta no atkārtojamības testa rezultātiem), un rezultāti ir parādīti histogrammas veidā (parādīti tikai q0 un Δq). SS 316L ir viszemākais sākotnējais lādiņš; tas var būt saistīts ar faktu, ka šim produktam ir visaugstākais PSD. Runājot par primārā alumīnija sakausējuma pulvera sākotnējo lādiņu, kļūdu lieluma dēļ nevar izdarīt secinājumus.
Pēc saskares ar 316L nerūsējošā tērauda cauruli paraugs A saņēma vismazāko lādiņa daudzumu, savukārt pulveriem B un C bija līdzīga tendence: ja SS 316L pulveri berzēja pret SS 316L, tika konstatēts lādiņa blīvums, kas tuvs 0 (sk. triboelektrisko sēriju). Produkts B joprojām ir vairāk lādēts nekā A. C paraugam tendence turpinās (pozitīvs sākotnējais lādiņš un galīgais lādiņš pēc noplūdes), bet lādiņu skaits palielinās pēc termiskās degradācijas.
Pēc 2 stundu termiskās slodzes 200 °C temperatūrā pulvera uzvedība kļūst ļoti interesanta. A un B paraugos sākotnējais lādiņš samazinājās, un galīgais lādiņš mainījās no negatīva uz pozitīvu. SS 316L pulverim bija visaugstākais sākotnējais lādiņš, un tā lādiņa blīvuma izmaiņas kļuva pozitīvas, bet saglabājās zemas (t. i., 0,033 nC/g).
Mēs pētījām termiskās degradācijas ietekmi uz alumīnija sakausējuma (AlSi10Mg) un 316L nerūsējošā tērauda pulveru kombinēto uzvedību, savukārt sākotnējie pulveri tika analizēti pēc 2 stundām 200 °C temperatūrā gaisā.
Pulveru izmantošana paaugstinātā temperatūrā var uzlabot produkta plūstamību, un šī ietekme, šķiet, ir nozīmīgāka pulveriem ar lielu īpatnējo laukumu un materiāliem ar augstu siltumvadītspēju. GranuDrum tika izmantots plūsmas novērtēšanai, GranuPack tika izmantots dinamiskajai blīvēšanas analīzei, un GranuCharge tika izmantots pulvera triboelektrības analīzei saskarē ar 316L nerūsējošā tērauda cauruli.
Šie rezultāti tika noteikti, izmantojot GranuPack, kas uzrādīja Hausnera koeficienta uzlabojumu katram pulverim (izņemot A paraugu kļūdu lieluma dēļ) pēc termiskās spriedzes procesa. Iepakošanas parametram (n1/2) netika konstatēta skaidra tendence, jo dažiem produktiem bija novērojama iepakošanas ātruma palielināšanās, bet citiem bija kontrastējoša ietekme (piemēram, B un C paraugiem).