Vi bruker informasjonskapsler for å forbedre opplevelsen din.Ved å fortsette å surfe på denne siden godtar du vår bruk av informasjonskapsler.Tilleggsinformasjon.
Additiv produksjon (AM) innebærer å lage tredimensjonale objekter, ett ultratynt lag om gangen, noe som gjør det dyrere enn tradisjonell maskinering.Imidlertid er bare en liten del av pulveret som avsettes under monteringsprosessen loddet inn i komponenten.Resten smelter da ikke, så det kan brukes om igjen.I motsetning til dette, hvis objektet er laget klassisk, kreves vanligvis materialfjerning ved fresing og maskinering.
Pulverets egenskaper bestemmer parametrene til maskinen og må vurderes først.Kostnaden for AM ville være uøkonomisk gitt at det usmeltede pulveret er forurenset og ikke resirkulerbart.Skader på pulver resulterer i to fenomener: kjemisk modifisering av produktet og endringer i mekaniske egenskaper som morfologi og partikkelstørrelsesfordeling.
I det første tilfellet er hovedoppgaven å lage solide strukturer som inneholder rene legeringer, så vi må unngå forurensning av pulveret, for eksempel med oksider eller nitrider.I sistnevnte tilfelle er disse parameterne assosiert med flytbarhet og spredbarhet.Derfor kan enhver endring i pulverets egenskaper føre til en ujevn fordeling av produktet.
Data fra nyere publikasjoner indikerer at klassiske strømningsmålere ikke kan gi tilstrekkelig informasjon om pulverflytbarhet ved produksjon av tilsetningsstoffer i pulverbed.Når det gjelder karakterisering av råvarer (eller pulver), er det flere hensiktsmessige målemetoder på markedet som kan tilfredsstille dette kravet.Spenningstilstanden og pulverstrømningsfeltet må være det samme i målecellen og i prosessen.Tilstedeværelsen av trykkbelastninger er uforenlig med den frie overflatestrømmen som brukes i AM-enheter i skjærcelletestere og klassiske reometre.
GranuTools har utviklet arbeidsflyter for pulverkarakterisering i additiv produksjon.Vårt hovedmål var å ha ett verktøy per geometri for nøyaktig prosessmodellering, og denne arbeidsflyten ble brukt til å forstå og spore utviklingen av pulverkvalitet over flere utskriftspass.Flere standard aluminiumslegeringer (AlSi10Mg) ble valgt for forskjellig varighet ved forskjellige termiske belastninger (fra 100 til 200 °C).
Termisk nedbrytning kan kontrolleres ved å analysere pulverets evne til å lagre en ladning.Pulverene ble analysert for flytbarhet (GranuDrum-instrument), pakkingskinetikk (GranuPack-instrument) og elektrostatisk oppførsel (GranuCharge-instrument).Kohesjons- og pakningskinetikkmålinger er tilgjengelige for følgende pulvermasser.
Pulvere som sprer seg lett vil oppleve en lav kohesjonsindeks, mens pulver med rask fyllingsdynamikk vil produsere mekaniske deler med mindre porøsitet sammenlignet med produkter som er vanskeligere å fylle.
Tre aluminiumslegeringspulvere (AlSi10Mg) lagret i laboratoriet vårt i flere måneder, med forskjellige partikkelstørrelsesfordelinger, og en 316L prøve av rustfritt stål, her referert til som prøve A, B og C, ble valgt.Egenskapene til prøvene kan avvike fra andre.produsenter.Prøvepartikkelstørrelsesfordeling ble målt ved laserdiffraksjonsanalyse/ISO 13320.
Siden de kontrollerer parametrene til maskinen, må egenskapene til pulveret vurderes først, og hvis vi anser det usmeltede pulveret for å være forurenset og resirkulerbart, vil kostnadene ved additiv produksjon ikke være så økonomisk som vi ønsker.Derfor skal tre parametere undersøkes: pulverstrøm, pakkekinetikk og elektrostatikk.
Smørbarhet er relatert til jevnheten og "glattheten" til pulverlaget etter overmalingsoperasjonen.Dette er svært viktig siden glatte overflater er lettere å skrive ut og kan undersøkes med GranuDrum-verktøyet med måling av adhesjonsindeks.
Fordi porene er svake punkter i et materiale, kan de føre til sprekker.Pakkedynamikk er den andre kritiske parameteren fordi hurtigpakkede pulver har lav porøsitet.Denne oppførselen er målt med GranuPack med en verdi på n1/2.
Tilstedeværelsen av en elektrisk ladning i pulveret skaper kohesive krefter som fører til dannelse av agglomerater.GranuCharge måler evnen til et pulver til å generere en elektrostatisk ladning ved kontakt med et valgt materiale under flyt.
Under behandling kan GranuCharge forutsi strømningsforringelse, slik som lagdannelse i AM.Dermed er de oppnådde målingene svært følsomme for tilstanden til kornoverflaten (oksidasjon, forurensning og ruhet).Aldringen av det gjenvunnede pulveret kan deretter kvantifiseres nøyaktig (±0,5 nC).
GranuDrum er basert på prinsippet om en roterende trommel og er en programmert metode for å måle flytbarheten til et pulver.En horisontal sylinder med gjennomsiktige sidevegger inneholder halvparten av pulverprøven.Trommelen roterer rundt sin akse med en vinkelhastighet på 2 til 60 rpm, og CCD-kameraet tar bilder (fra 30 til 100 bilder med 1 sekunds intervaller).Luft/pulver-grensesnittet identifiseres på hvert bilde ved hjelp av en kantdeteksjonsalgoritme.
Beregn den gjennomsnittlige posisjonen til grensesnittet og svingningene rundt denne gjennomsnittlige posisjonen.For hver rotasjonshastighet beregnes strømningsvinkelen (eller "dynamisk hvilevinkel") αf fra den gjennomsnittlige grensesnittposisjonen, og den dynamiske adhesjonsindeksen σf, som refererer til interpartikkelbinding, analyseres fra grensesnittfluktuasjoner.
Strømningsvinkelen påvirkes av en rekke parametere: friksjon mellom partikler, form og kohesjon (van der Waals, elektrostatiske og kapillære krefter).Sammenhengende pulver resulterer i intermitterende flyt, mens ikke-sammenhengende pulver resulterer i regelmessig flyt.Mindre verdier av strømningsvinkelen αf tilsvarer gode strømningsegenskaper.En dynamisk adhesjonsindeks nær null tilsvarer et ikke-kohesivt pulver, og derfor, når adhesjonen til pulveret øker, øker adhesjonsindeksen tilsvarende.
GranuDrum lar deg måle vinkelen til det første skredet og lufting av pulveret under flyten, samt måle adhesjonsindeksen σf og strømningsvinkelen αf avhengig av rotasjonshastigheten.
GranuPack-bulkdensitet, tappetetthet og Hausner-forholdsmålinger (også kalt "berøringstester") er svært populære i pulverkarakterisering på grunn av den enkle og hastigheten på målingene.Pulverets tetthet og evnen til å øke densiteten er viktige parametere under lagring, transport, agglomerering osv. Den anbefalte prosedyren er beskrevet i farmakopéen.
Denne enkle testen har tre store ulemper.Målingene er operatøravhengige og fyllingsmetoden påvirker det innledende pulvervolumet.Visuelle målinger av volum kan føre til alvorlige feil i resultatene.På grunn av eksperimentets enkelhet forsømte vi komprimeringsdynamikken mellom de innledende og endelige dimensjonene.
Oppførselen til pulveret som ble matet inn i det kontinuerlige utløpet ble analysert ved bruk av automatisert utstyr.Mål nøyaktig Hausner-koeffisienten Hr, initial tetthet ρ(0) og endelig tetthet ρ(n) etter n klikk.
Antall trykk er vanligvis fastsatt til n=500.GranuPack er en automatisert og avansert tappetetthetsmåling basert på den nyeste dynamiske forskningen.
Andre indekser kan brukes, men de er ikke oppført her.Pulveret er plassert i metallrør og går gjennom en streng automatisk initialiseringsprosess.Ekstrapoleringen av den dynamiske parameteren n1/2 og den maksimale tettheten ρ(∞) er hentet fra komprimeringskurven.
En lett, hul sylinder sitter på toppen av pulverbedet for å holde pulver/luft-grensesnittet i nivå under komprimering.Røret som inneholder pulverprøven stiger til en fast høyde ∆Z og faller deretter fritt til en høyde, vanligvis festet til ∆Z = 1 mm eller ∆Z = 3 mm, målt automatisk etter hvert støt.Etter høyde kan du beregne volumet V av haugen.
Tetthet er forholdet mellom massen m og volumet V av pulverlaget.Pulvermassen m er kjent, tettheten ρ påføres etter hver frigjøring.
Hausner-koeffisienten Hr er relatert til komprimeringshastigheten og analyseres med ligningen Hr = ρ(500) / ρ(0), hvor ρ(0) er den opprinnelige bulkdensiteten og ρ(500) er den beregnede tapstettheten etter 500 kraner.Resultatene kan reproduseres med en liten mengde pulver (vanligvis 35 ml) ved bruk av GranuPack-metoden.
Egenskapene til pulveret og naturen til materialet som enheten er laget av er nøkkelparametere.Under strømmen genereres elektrostatiske ladninger inne i pulveret, og disse ladningene er forårsaket av den triboelektriske effekten, utveksling av ladninger når to faste stoffer kommer i kontakt.
Når pulveret strømmer inne i enheten, oppstår triboelektriske effekter ved kontakten mellom partiklene og ved kontakten mellom partikkelen og enheten.
Ved kontakt med det valgte materialet måler GranuCharge automatisk mengden elektrostatisk ladning som genereres inne i pulveret under flyt.En prøve av pulveret strømmer i et vibrerende V-rør og faller ned i en Faraday-kopp koblet til et elektrometer som måler ladningen pulveret får når det beveger seg gjennom V-røret.For reproduserbare resultater, mate V-røret ofte med en roterende eller vibrerende enhet.
Den triboelektriske effekten fører til at ett objekt får elektroner på overflaten og dermed blir negativt ladet, mens et annet objekt mister elektroner og derfor er positivt ladet.Noen materialer får lettere elektroner enn andre, og på samme måte mister andre materialer lettere elektroner.
Hvilket materiale som blir negativt og hvilket som blir positivt avhenger av den relative tendensen til de involverte materialene til å få eller miste elektroner.For å representere disse trendene ble den triboelektriske serien vist i tabell 1 utviklet.Materialer som har en tendens til å være positivt ladet og andre som har en tendens til å være negativt ladede er listet opp, mens materialer som ikke viser atferdstendenser er oppført i midten av tabellen.
På den annen side gir denne tabellen kun informasjon om trenden for materialladningsadferd, så GranuCharge ble opprettet for å gi nøyaktige verdier for pulverladingsadferd.
Det ble utført flere eksperimenter for å analysere termisk dekomponering.Prøvene ble stående ved 200°C i én til to timer.Pulveret blir deretter umiddelbart analysert med GranuDrum (termisk navn).Pulveret plasseres deretter i en beholder til det når omgivelsestemperatur og analyseres deretter med GranuDrum, GranuPack og GranuCharge (dvs. "kaldt").
Råprøver ble analysert med GranuPack, GranuDrum og GranuCharge ved samme luftfuktighet/romtemperatur, dvs. relativ fuktighet 35,0 ± 1,5 % og temperatur 21,0 ± 1,0 °C.
Kohesjonsindeksen beregner flytbarheten til et pulver og korrelerer med endringer i posisjonen til grensesnittet (pulver/luft), som kun reflekterer tre kontaktkrefter (van der Waals, kapillær og elektrostatisk).Før eksperimentet, registrer den relative fuktigheten (RH, %) og temperaturen (°C).Hell deretter pulveret i trommelbeholderen og start eksperimentet.
Vi konkluderte med at disse produktene ikke var følsomme for kakedannelse når vi vurderte tiksotrope parametere.Interessant nok endret termisk stress den reologiske oppførselen til pulverene i prøve A og B fra skjærfortykning til skjærfortynning.På den annen side var prøvene C og SS 316L ikke påvirket av temperatur og viste kun skjærfortykkelse.Hvert pulver viste bedre smørbarhet (dvs. lavere kohesjonsindeks) etter oppvarming og avkjøling.
Temperatureffekten avhenger også av det spesifikke overflatearealet til partiklene.Jo større varmeledningsevne materialet har, desto større effekt på temperaturen (dvs. 225°?=250?.?-1.?-1) og ?316?225°?=19?.?-1.?-1), jo mindre partiklene er, desto viktigere er temperaturen.Arbeid ved forhøyede temperaturer er et godt valg for aluminiumslegeringspulver på grunn av deres økte spredbarhet, og avkjølte prøver oppnår enda bedre flytbarhet sammenlignet med uberørte pulvere.
For hvert GranuPack-eksperiment ble vekten av pulveret registrert før hvert eksperiment, og prøven ble utsatt for 500 støt med en anslagsfrekvens på 1 Hz med et fritt fall av målecellen på 1 mm (slagenergi ∝).Prøver dispenseres inn i målecellene i henhold til programvareinstruksjoner uavhengig av brukeren.Målingene ble deretter gjentatt to ganger for å vurdere reproduserbarhet og for å undersøke gjennomsnitt og standardavvik.
Etter at GranuPack-analysen er fullført, ble innledende pakkingstetthet (ρ(0)), endelig pakkingstetthet (ved flere klikk, n = 500, dvs. ρ(500)), Hausner-forhold/Carr-indeks (Hr/Cr) og to registrert parametere (n1/2 og τ) relatert til komprimeringsdynamikk.Den optimale tettheten ρ(∞) vises også (se vedlegg 1).Tabellen nedenfor omorganiserer eksperimentelle data.
Figurene 6 og 7 viser de overordnede komprimeringskurvene (bulkdensitet versus antall støt) og n1/2/Hausner-parameterforholdet.Feilstreker beregnet ved hjelp av gjennomsnitt vises på hver kurve, og standardavvik ble beregnet fra repeterbarhetstester.
316L-produktet i rustfritt stål var det tyngste produktet (ρ(0) = 4,554 g/mL).Når det gjelder tappetetthet, er SS 316L fortsatt det tyngste pulveret (ρ(n) = 5,044 g/mL), etterfulgt av prøve A (ρ(n) = 1,668 g/mL), etterfulgt av prøve B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Prøve C var den laveste (ρ(n) = 1,581 g/ml).I henhold til bulkdensiteten til det opprinnelige pulveret ser vi at prøve A er den letteste, og tatt i betraktning feilen (1,380 g / ml), har prøvene B og C omtrent samme verdi.
Når pulveret varmes opp, reduseres Hausner-forholdet, noe som kun forekommer for prøvene B, C og SS 316L.For prøve A kan dette ikke gjøres på grunn av størrelsen på feilstrekene.For n1/2 er parametertrendene vanskeligere å identifisere.For prøve A og SS 316L sank verdien av n1/2 etter 2 timer ved 200°C, mens den for pulver B og C økte etter termisk belastning.
En vibrerende mater ble brukt for hvert GranuCharge-eksperiment (se figur 8).Bruk 316L rustfritt stålrør.Målingene ble gjentatt 3 ganger for å vurdere reproduserbarheten.Vekten av produktet som ble brukt for hver måling var ca. 40 ml og ingen pulver ble gjenvunnet etter måling.
Før eksperimentet registreres vekten av pulveret (mp, g), relativ luftfuktighet (RH, %) og temperatur (°C).Ved starten av testen måler du ladetettheten til det primære pulveret (q0 i µC/kg) ved å introdusere pulveret i Faraday-koppen.Registrer til slutt massen til pulveret og beregn den endelige ladningstettheten (qf, µC/kg) og Δq (Δq = qf – q0) på slutten av eksperimentet.
De rå GranuCharge-dataene er vist i tabell 2 og figur 9 (σ er standardavviket beregnet fra resultatene av reproduserbarhetstesten), og resultatene presenteres som histogrammer (bare q0 og Δq er vist).SS 316L hadde den laveste startkostnaden;dette kan skyldes det faktum at dette produktet har den høyeste PSD.Når det gjelder den opprinnelige ladningsmengden til det primære aluminiumslegeringspulveret, kan ingen konklusjoner trekkes på grunn av størrelsen på feilene.
Etter kontakt med 316L rustfritt stålrør, oppnådde prøve A minst mulig ladning sammenlignet med pulver B og C, som fremhever en lignende trend, når SS 316L pulver gnides med SS 316L, blir det funnet en ladningstetthet nær 0 (se triboelektrisk serie).Produkt B er fortsatt mer ladet enn A. For prøve C fortsetter trenden (positiv startladning og sluttlading etter lekkasje), men antall ladninger øker etter termisk degradering.
Etter 2 timer med termisk stress ved 200 °C, blir oppførselen til pulveret spektakulær.I prøve A og B synker startladningen og den endelige ladningen endres fra negativ til positiv.SS 316L-pulver hadde den høyeste startladningen og endringen i ladningstettheten ble positiv, men forble lav (dvs. 0,033 nC/g).
Vi undersøkte effekten av termisk nedbrytning på den kombinerte oppførselen til aluminiumslegering (AlSi10Mg) og 316L rustfritt stålpulver mens vi analyserte de originale pulverene i omgivelsesluft etter 2 timer ved 200°C.
Bruk av pulver ved høy temperatur kan forbedre spredningsevnen til produktet, og denne effekten ser ut til å være viktigere for pulver med høyt spesifikt overflateareal og materialer med høy varmeledningsevne.GranuDrum ble brukt til å evaluere strømning, GranuPack ble brukt til dynamisk fyllingsanalyse, og GranuCharge ble brukt til å analysere triboelektrisiteten til pulveret i kontakt med 316L rustfritt stålrør.
Disse resultatene ble etablert ved bruk av GranuPack, som viser forbedringen i Hausner-koeffisienten for hvert pulver (med unntak av prøve A på grunn av størrelsesfeil) etter den termiske spenningsprosessen.Ser man på pakkeparametrene (n1/2), var det ingen klare trender da noen produkter viste en økning i pakkehastighet mens andre hadde en kontrasteffekt (f.eks. prøve B og C).
Innleggstid: Jan-10-2023