Koristimo kolačiće kako bismo poboljšali vaše iskustvo.Nastavkom pregledavanja ove stranice pristajete na našu upotrebu kolačića.Dodatne informacije.
Aditivna proizvodnja (AM) uključuje stvaranje trodimenzionalnih objekata, jedan po jedan ultratanki sloj, što je čini skupljom od tradicionalne strojne obrade.Međutim, samo mali dio praha nataloženog tijekom procesa sastavljanja zalemljen je u komponentu.Ostatak se tada ne topi, pa se može ponovno upotrijebiti.Nasuprot tome, ako je predmet izrađen klasično, obično je potrebno skidanje materijala glodanjem i strojnom obradom.
Karakteristike praha određuju parametre stroja i moraju se prvo uzeti u obzir.Trošak AM bi bio neekonomičan s obzirom na to da je neotopljeni prah kontaminiran i ne može se reciklirati.Oštećenje praha rezultira s dva fenomena: kemijskom modifikacijom proizvoda i promjenama mehaničkih svojstava kao što su morfologija i raspodjela veličine čestica.
U prvom slučaju, glavni zadatak je stvoriti čvrste strukture koje sadrže čiste legure, tako da moramo izbjeći kontaminaciju praha, na primjer, oksidima ili nitridima.U potonjem slučaju, ti su parametri povezani s fluidnošću i razmazivošću.Stoga svaka promjena svojstava praha može dovesti do nejednolike raspodjele proizvoda.
Podaci iz nedavnih publikacija pokazuju da klasični mjerači protoka ne mogu pružiti odgovarajuće informacije o sipkosti praha u proizvodnji aditiva za sloj praha.Što se tiče karakterizacije sirovina (ili prahova), na tržištu postoji nekoliko odgovarajućih mjernih metoda koje mogu zadovoljiti ovaj zahtjev.Stanje naprezanja i polje strujanja praha moraju biti isti u mjernoj ćeliji iu procesu.Prisutnost tlačnih opterećenja nije kompatibilna s protokom slobodne površine koji se koristi u AM uređajima u ispitivačima posmičnih ćelija i klasičnim reometrima.
GranuTools je razvio tijekove rada za karakterizaciju praha u aditivnoj proizvodnji.Naš glavni cilj bio je imati jedan alat po geometriji za precizno modeliranje procesa, a ovaj tijek rada korišten je za razumijevanje i praćenje evolucije kvalitete praha tijekom više prolaza ispisa.Odabrano je nekoliko standardnih aluminijskih legura (AlSi10Mg) za različita trajanja pri različitim toplinskim opterećenjima (od 100 do 200 °C).
Toplinska degradacija može se kontrolirati analizom sposobnosti praha da pohrani naboj.Prahovi su analizirani na protočnost (GranuDrum instrument), kinetiku pakiranja (GranuPack instrument) i elektrostatsko ponašanje (GranuCharge instrument).Mjerenja kohezije i kinetike pakiranja dostupna su za sljedeće mase praha.
Puderi koji se lako razmazuju imat će nizak indeks kohezije, dok će puderi s brzom dinamikom punjenja proizvesti mehaničke dijelove manje poroznosti u usporedbi s proizvodima koji se teže pune.
Odabrana su tri praha aluminijske legure (AlSi10Mg) pohranjena u našem laboratoriju nekoliko mjeseci, s različitim raspodjelama veličine čestica, i jedan uzorak od nehrđajućeg čelika 316L, koji se ovdje naziva uzorcima A, B i C.Karakteristike uzoraka mogu se razlikovati od ostalih.proizvođači.Raspodjela veličine čestica uzorka izmjerena je analizom laserske difrakcije/ISO 13320.
Budući da oni kontroliraju parametre stroja, prvo se moraju uzeti u obzir svojstva praha, a ako smatramo da je neotopljeni prah kontaminiran i da ga se ne može reciklirati, trošak aditivne proizvodnje neće biti toliko ekonomičan koliko bismo željeli.Stoga će se istraživati tri parametra: protok praha, kinetika pakiranja i elektrostatika.
Razmazivost je povezana s ujednačenošću i "glatkoćom" sloja praha nakon operacije ponovnog premazivanja.Ovo je vrlo važno jer se glatke površine lakše tiskaju i mogu se ispitati alatom GranuDrum s mjerenjem indeksa adhezije.
Budući da su pore slabe točke u materijalu, mogu dovesti do pukotina.Dinamika pakiranja je drugi kritični parametar jer prahovi koji se brzo pakiraju imaju nisku poroznost.Ovo ponašanje je izmjereno GranuPackom s vrijednošću n1/2.
Prisutnost električnog naboja u prahu stvara kohezijske sile koje dovode do stvaranja aglomerata.GranuCharge mjeri sposobnost praha da generira elektrostatički naboj nakon kontakta s odabranim materijalom tijekom protoka.
Tijekom obrade GranuCharge može predvidjeti pogoršanje protoka, kao što je stvaranje slojeva u AM.Dakle, dobivena mjerenja su vrlo osjetljiva na stanje površine zrna (oksidacija, onečišćenje i hrapavost).Starenje dobivenog praha tada se može točno kvantificirati (±0,5 nC).
GranuDrum se temelji na principu rotirajućeg bubnja i programirana je metoda za mjerenje sipkosti praha.Vodoravni cilindar s prozirnim bočnim stijenkama sadrži polovicu uzorka praha.Bubanj se okreće oko svoje osi kutnom brzinom od 2 do 60 okretaja u minuti, a CCD kamera snima slike (od 30 do 100 slika u intervalima od 1 sekunde).Sučelje zrak/prašak identificira se na svakoj slici pomoću algoritma za detekciju rubova.
Izračunajte prosječni položaj sučelja i oscilacije oko tog prosječnog položaja.Za svaku brzinu rotacije, kut strujanja (ili "dinamički kut mirovanja") αf izračunava se iz srednjeg položaja sučelja, a dinamički indeks adhezije σf, koji se odnosi na međučestično vezivanje, analizira se iz fluktuacija sučelja.
Na kut strujanja utječu brojni parametri: trenje između čestica, oblik i kohezija (van der Waals, elektrostatske i kapilarne sile).Kohezivni prašci rezultiraju isprekidanim protokom, dok nekohezivni prašci rezultiraju pravilnim protokom.Manje vrijednosti kuta protoka αf odgovaraju dobrim svojstvima protoka.Indeks dinamičke adhezije blizu nule odgovara nekohezivnom prahu, stoga, kako se adhezija praha povećava, indeks adhezije se u skladu s tim povećava.
GranuDrum vam omogućuje mjerenje kuta prve lavine i prozračivanja praha tijekom protoka, kao i mjerenje indeksa adhezije σf i kuta protoka αf ovisno o brzini rotacije.
GranuPack mjerenja nasipne gustoće, gustoće točenja i Hausnerovog omjera (također nazvana "testovi dodira") vrlo su popularna u karakterizaciji praha zbog jednostavnosti i brzine mjerenja.Gustoća praha i mogućnost povećanja njegove gustoće važni su parametri tijekom skladištenja, transporta, aglomeracije itd. Preporučeni postupak opisan je u Farmakopeji.
Ovaj jednostavan test ima tri velika nedostatka.Mjerenja ovise o operateru, a način punjenja utječe na početni volumen praha.Vizualna mjerenja volumena mogu dovesti do ozbiljnih pogrešaka u rezultatima.Zbog jednostavnosti eksperimenta zanemarili smo dinamiku zbijanja između početnih i završnih dimenzija.
Ponašanje praha unesenog u kontinuirani izlaz analizirano je pomoću automatizirane opreme.Točno izmjerite Hausnerov koeficijent Hr, početnu gustoću ρ(0) i konačnu gustoću ρ(n) nakon n klikova.
Broj dodira obično je fiksan na n=500.GranuPack je automatizirano i napredno mjerenje gustoće točenja temeljeno na najnovijim dinamičkim istraživanjima.
Mogu se koristiti i drugi indeksi, ali oni nisu ovdje navedeni.Prah se stavlja u metalne cijevi i prolazi kroz rigorozan automatski proces inicijalizacije.Ekstrapolacija dinamičkog parametra n1/2 i maksimalne gustoće ρ(∞) preuzeta je iz krivulje zbijanja.
Lagani šuplji cilindar nalazi se na vrhu sloja praha kako bi zadržao razinu sučelja prah/zrak tijekom zbijanja.Cijev s uzorkom praha podiže se na fiksnu visinu ∆Z, a zatim slobodno pada na visinu, obično fiksiranu na ∆Z = 1 mm ili ∆Z = 3 mm, koja se automatski mjeri nakon svakog udarca.Po visini možete izračunati volumen V hrpe.
Gustoća je omjer mase m i volumena V sloja praha.Masa praha m je poznata, gustoća ρ se nanosi nakon svakog ispuštanja.
Hausnerov koeficijent Hr povezan je s brzinom zbijanja i analizira se jednadžbom Hr = ρ(500) / ρ(0), gdje je ρ(0) početna nasipna gustoća, a ρ(500) izračunata gustoća nasipa nakon 500 slavine.Rezultati su ponovljivi s malom količinom praha (obično 35 ml) korištenjem metode GranuPack.
Svojstva praha i priroda materijala od kojeg je uređaj napravljen ključni su parametri.Tijekom strujanja unutar praha stvaraju se elektrostatički naboji, a ti naboji nastaju zbog triboelektričnog efekta, izmjene naboja kada dva krutina dođu u kontakt.
Pri strujanju praha unutar uređaja nastaju triboelektrični efekti na kontaktu između čestica i na kontaktu između čestice i uređaja.
Nakon kontakta s odabranim materijalom, GranuCharge automatski mjeri količinu elektrostatskog naboja koji se stvara unutar praha tijekom protoka.Uzorak praha teče u vibrirajućoj V-cijevi i pada u Faradayev šalicu povezanu s elektrometrom koji mjeri naboj koji prah dobiva dok se kreće kroz V-cijev.Za ponovljive rezultate, često uvlačite V-cijev rotirajućim ili vibrirajućim uređajem.
Triboelektrični učinak uzrokuje da jedan objekt dobije elektrone na svojoj površini i tako bude negativno nabijen, dok drugi objekt izgubi elektrone i stoga bude pozitivno nabijen.Neki materijali lakše dobivaju elektrone od drugih, a slično tome, drugi materijali lakše gube elektrone.
Koji će materijal postati negativan, a koji pozitivan ovisi o relativnoj tendenciji uključenih materijala da dobiju ili izgube elektrone.Za predstavljanje ovih trendova razvijena je triboelektrična serija prikazana u tablici 1.Navedeni su materijali koji imaju tendenciju da budu pozitivno nabijeni i drugi koji imaju tendenciju da budu negativno nabijeni, dok su materijali koji ne pokazuju tendencije ponašanja navedeni u sredini tablice.
S druge strane, ova tablica pruža samo informacije o trendu ponašanja naboja materijala, tako da je GranuCharge stvoren da pruži točne vrijednosti za ponašanje naboja praha.
Provedeno je nekoliko eksperimenata za analizu toplinske razgradnje.Uzorci su ostavljeni na 200°C jedan do dva sata.Prah se zatim odmah analizira GranuDrumom (termički naziv).Prah se zatim stavlja u spremnik dok ne postigne sobnu temperaturu, a zatim se analizira pomoću GranuDrum, GranuPack i GranuCharge (tj. „hladno”).
Sirovi uzorci analizirani su pomoću GranuPack, GranuDrum i GranuCharge pri istoj vlažnosti/sobnoj temperaturi, tj. relativnoj vlažnosti 35,0 ± 1,5% i temperaturi 21,0 ± 1,0 °C.
Indeks kohezije izračunava protočnost praha i korelira s promjenama u položaju međupovršine (prah/zrak), koje odražavaju samo tri kontaktne sile (van der Waalsovu, kapilarnu i elektrostatičku).Prije eksperimenta zabilježite relativnu vlažnost (RH, %) i temperaturu (°C).Zatim ulijte prah u spremnik bubnja i započnite eksperiment.
Zaključili smo da ti proizvodi nisu osjetljivi na stvrdnjavanje s obzirom na tiksotropne parametre.Zanimljivo je da je toplinski stres promijenio reološko ponašanje prahova uzoraka A i B od zgušnjavanja smicanjem do stanjivanja smicanjem.S druge strane, uzorci C i SS 316L nisu bili pod utjecajem temperature i pokazali su samo smično zadebljanje.Svaki prah pokazao je bolju razmazivost (tj. niži indeks kohezije) nakon zagrijavanja i hlađenja.
Učinak temperature također ovisi o specifičnoj površini čestica.Što je veća toplinska vodljivost materijala, veći je učinak na temperaturu (tj. ???225°?=250?.?-1.?-1) i ?316?225°?=19?.?-1.?-1), što su čestice manje, to je utjecaj temperature važniji.Rad na povišenim temperaturama dobar je izbor za prahove aluminijskih legura zbog njihove povećane razmazivosti, a ohlađeni uzorci postižu još bolju protočnost u usporedbi s čistim prahovima.
Za svaki GranuPack eksperiment, težina praha je zabilježena prije svakog eksperimenta, a uzorak je podvrgnut 500 udaraca s frekvencijom udara od 1 Hz sa slobodnim padom mjerne ćelije od 1 mm (energija udarca ∝).Uzorci se doziraju u mjerne ćelije prema softverskim uputama neovisno o korisniku.Mjerenja su zatim ponovljena dva puta kako bi se procijenila ponovljivost i ispitala srednja vrijednost i standardna devijacija.
Nakon dovršene analize GranuPack-a, početna gustoća pakiranja (ρ(0)), konačna gustoća pakiranja (na nekoliko klikova, n = 500, tj. ρ(500)), Hausnerov omjer/Carrov indeks (Hr/Cr) i dva snimljena parametri (n1/2 i τ) koji se odnose na dinamiku zbijanja.Također je prikazana optimalna gustoća ρ(∞) (vidi Dodatak 1).Tablica u nastavku reorganizira eksperimentalne podatke.
Slike 6 i 7 prikazuju ukupne krivulje zbijanja (nasipna gustoća u odnosu na broj udaraca) i omjer parametra n1/2/Hausner.Stupci pogrešaka izračunati pomoću prosjeka prikazani su na svakoj krivulji, a standardne devijacije izračunate su iz testova ponovljivosti.
Proizvod od nehrđajućeg čelika 316L bio je najteži proizvod (ρ(0) = 4,554 g/mL).Što se tiče gustoće točenja, SS 316L je i dalje najteži prah (ρ(n) = 5,044 g/mL), a slijedi ga uzorak A (ρ(n) = 1,668 g/mL), a zatim uzorak B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Uzorak C bio je najniži (ρ(n) = 1,581 g/mL).Prema nasipnoj gustoći početnog praha vidimo da je uzorak A najlakši, a uzimajući u obzir grešku (1,380 g/ml), uzorci B i C imaju približno istu vrijednost.
Kada se prah zagrijava, njegov Hausnerov omjer se smanjuje, što se događa samo za uzorke B, C i SS 316L.Za uzorak A to se ne može učiniti zbog veličine traka pogrešaka.Za n1/2 teže je identificirati trendove parametara.Za uzorak A i SS 316L vrijednost n1/2 se smanjila nakon 2 h na 200°C, dok je za prahove B i C porasla nakon toplinskog opterećenja.
Za svaki GranuCharge eksperiment korišten je vibrirajući dodavač (vidi sliku 8).Koristite cijev od nehrđajućeg čelika 316L.Mjerenja su ponovljena 3 puta za procjenu ponovljivosti.Težina proizvoda korištenog za svako mjerenje bila je približno 40 ml i nakon mjerenja nije pronađen prah.
Prije eksperimenta zabilježi se težina praha (mp, g), relativna vlažnost zraka (RH, %) i temperatura (°C).Na početku testa izmjerite gustoću naboja primarnog praha (q0 u µC/kg) stavljanjem praha u Faradayev spremnik.Na kraju zabilježite masu praha i izračunajte konačnu gustoću naboja (qf, µC/kg) i Δq (Δq = qf – q0) na kraju eksperimenta.
Sirovi GranuCharge podaci prikazani su u tablici 2 i na slici 9 (σ je standardna devijacija izračunata iz rezultata testa ponovljivosti), a rezultati su prikazani kao histogrami (prikazani su samo q0 i Δq).SS 316L imao je najnižu početnu cijenu;to može biti zbog činjenice da ovaj proizvod ima najviši PSD.Što se tiče početne količine punjenja praha primarne aluminijske legure, ne mogu se izvući zaključci zbog veličine pogrešaka.
Nakon kontakta s cijevi od nehrđajućeg čelika 316L, uzorak A dobio je najmanju količinu naboja u usporedbi s prahovima B i C, što naglašava sličan trend, kada se prah SS 316L trlja s SS 316L, pronađena je gustoća naboja blizu 0 (vidi triboelektrični niz).Proizvod B je još uvijek više nabijen od A. Za uzorak C, trend se nastavlja (pozitivan početni naboj i konačni naboj nakon curenja), ali broj naboja se povećava nakon toplinske degradacije.
Nakon 2 sata toplinskog stresa na 200 °C, ponašanje praha postaje spektakularno.U uzorcima A i B početni naboj se smanjuje, a konačni naboj mijenja se iz negativnog u pozitivan.Prah SS 316L imao je najveći početni naboj i promjena njegove gustoće naboja postala je pozitivna, ali je ostala niska (tj. 0,033 nC/g).
Istraživali smo učinak toplinske degradacije na kombinirano ponašanje aluminijske legure (AlSi10Mg) i praha od nehrđajućeg čelika 316L dok smo analizirali izvorne prahove u okolnom zraku nakon 2 sata na 200°C.
Korištenje pudera na visokoj temperaturi može poboljšati razmazivost proizvoda, a čini se da je ovaj učinak važniji za pudere visoke specifične površine i materijale visoke toplinske vodljivosti.GranuDrum je korišten za procjenu protoka, GranuPack je korišten za dinamičku analizu punjenja, a GranuCharge je korišten za analizu triboelektričnosti praha u kontaktu s cijevima od nehrđajućeg čelika 316L.
Ovi su rezultati utvrđeni korištenjem GranuPacka, koji pokazuje poboljšanje Hausnerovog koeficijenta za svaki prah (s iznimkom uzorka A zbog pogreške u veličini) nakon procesa toplinskog stresa.Gledajući parametre pakiranja (n1/2), nije bilo jasnih trendova jer su neki proizvodi pokazali povećanje brzine pakiranja dok su drugi imali kontrastni učinak (npr. uzorci B i C).
Vrijeme objave: 10. siječnja 2023