Za izboljšanje vaše izkušnje uporabljamo piškotke.Z nadaljevanjem brskanja po tej strani se strinjate z našo uporabo piškotkov.Dodatne informacije.
Aditivna proizvodnja (AM) vključuje ustvarjanje tridimenzionalnih predmetov, eno ultra tanko plast naenkrat, zaradi česar je dražja od tradicionalne strojne obdelave.Vendar pa je le majhen del prahu, ki se nanese med postopkom sestavljanja, spajkan v komponento.Preostanek se nato ne stopi, zato ga je mogoče ponovno uporabiti.Nasprotno, če je predmet izdelan klasično, je običajno potrebno odstranjevanje materiala z rezkanjem in strojno obdelavo.
Lastnosti prahu določajo parametre stroja in jih je treba najprej upoštevati.Stroški AM bi bili negospodarni glede na to, da je nestopljen prah onesnažen in ga ni mogoče reciklirati.Posledica poškodb praškov sta dva pojava: kemična modifikacija izdelka in spremembe mehanskih lastnosti, kot sta morfologija in porazdelitev velikosti delcev.
V prvem primeru je glavna naloga ustvariti trdne strukture, ki vsebujejo čiste zlitine, zato se moramo izogibati kontaminaciji prahu, na primer z oksidi ali nitridi.V slednjem primeru so ti parametri povezani s fluidnostjo in mazljivostjo.Zato lahko vsaka sprememba lastnosti prahu povzroči neenakomerno porazdelitev izdelka.
Podatki iz nedavnih publikacij kažejo, da klasični merilniki pretoka ne morejo zagotoviti ustreznih informacij o sipkosti prahu pri proizvodnji dodatkov v plast prahu.Kar zadeva karakterizacijo surovin (ali praškov), obstaja na trgu več ustreznih merilnih metod, ki lahko zadostijo tej zahtevi.Napetostno stanje in polje toka prahu morata biti enaka v merilni celici in v procesu.Prisotnost tlačnih obremenitev ni združljiva s prostim površinskim tokom, ki se uporablja v napravah AM v testerjih s strižnimi celicami in klasičnih reometrih.
GranuTools je razvil potek dela za karakterizacijo prahu v aditivni proizvodnji.Naš glavni cilj je bil imeti eno orodje na geometrijo za natančno modeliranje procesa in ta delovni tok je bil uporabljen za razumevanje in sledenje razvoju kakovosti prahu v več prehodih tiskanja.Izbranih je bilo več standardnih aluminijevih zlitin (AlSi10Mg) za različna trajanja pri različnih toplotnih obremenitvah (od 100 do 200 °C).
Toplotno razgradnjo je mogoče nadzorovati z analizo sposobnosti smodnika, da shrani naboj.Praške smo analizirali glede pretočnosti (instrument GranuDrum), kinetike pakiranja (instrument GranuPack) in elektrostatičnega obnašanja (instrument GranuCharge).Meritve kohezije in kinetike pakiranja so na voljo za naslednje mase prahu.
Praški, ki se zlahka razmažejo, bodo imeli nizek kohezijski indeks, medtem ko bodo pudri s hitro dinamiko polnjenja proizvedli mehanske dele z manjšo poroznostjo v primerjavi z izdelki, ki se težje polnijo.
Izbrani so bili trije prahovi aluminijeve zlitine (AlSi10Mg), ki so bili več mesecev shranjeni v našem laboratoriju, z različnimi porazdelitvami velikosti delcev, in en vzorec iz nerjavečega jekla 316L, tukaj imenovani vzorci A, B in C.Lastnosti vzorcev se lahko razlikujejo od drugih.proizvajalci.Porazdelitev velikosti delcev vzorca je bila izmerjena z lasersko difrakcijsko analizo/ISO 13320.
Ker nadzorujejo parametre stroja, je treba najprej upoštevati lastnosti prahu in če smatramo, da je nestopljen prah onesnažen in ga ni mogoče reciklirati, stroški aditivne proizvodnje ne bodo tako ekonomični, kot bi si želeli.Zato bodo raziskani trije parametri: tok prahu, kinetika pakiranja in elektrostatika.
Razmazljivost je povezana z enakomernostjo in "gladkostjo" plasti prahu po postopku ponovnega nanosa.To je zelo pomembno, saj je gladke površine lažje tiskati in jih je mogoče pregledati z orodjem GranuDrum z merjenjem indeksa adhezije.
Ker so pore šibke točke v materialu, lahko povzročijo razpoke.Dinamika pakiranja je drugi kritični parameter, ker imajo praški za hitro pakiranje nizko poroznost.To obnašanje je bilo izmerjeno z GranuPack z vrednostjo n1/2.
Prisotnost električnega naboja v prahu ustvarja kohezivne sile, ki vodijo do tvorbe aglomeratov.GranuCharge meri sposobnost prahu, da ustvari elektrostatični naboj ob stiku z izbranim materialom med pretokom.
Med obdelavo lahko GranuCharge predvidi poslabšanje pretoka, kot je nastanek plasti v AM.Tako so dobljene meritve zelo občutljive na stanje površine zrn (oksidacija, kontaminacija in hrapavost).Staranje pridobljenega prahu je nato mogoče natančno kvantificirati (±0,5 nC).
GranuDrum temelji na principu vrtečega se bobna in je programirana metoda za merjenje sipkosti prahu.Vodoravni valj s prozornimi stranskimi stenami vsebuje polovico vzorca prahu.Boben se vrti okoli svoje osi s kotno hitrostjo od 2 do 60 obratov na minuto, CCD kamera pa posname slike (od 30 do 100 slik v intervalih 1 sekunde).Vmesnik zrak/prah je identificiran na vsaki sliki z uporabo algoritma za zaznavanje robov.
Izračunajte povprečni položaj vmesnika in nihanja okoli tega povprečnega položaja.Za vsako hitrost vrtenja se kot pretoka (ali "dinamični kot mirujočega počitka") αf izračuna iz srednjega položaja vmesnika, indeks dinamične adhezije σf, ki se nanaša na vez med delci, pa se analizira iz nihanj vmesnika.
Na pretočni kot vpliva vrsta parametrov: trenje med delci, oblika in kohezija (van der Waals, elektrostatične in kapilarne sile).Kohezivni praški povzročijo prekinjen pretok, nekohezivni praški pa enakomeren pretok.Manjše vrednosti pretočnega kota αf ustrezajo dobrim pretočnim lastnostim.Indeks dinamičnega oprijema blizu nič ustreza nekohezivnemu prahu, zato se s povečanjem oprijema prahu indeks oprijema ustrezno poveča.
GranuDrum vam omogoča merjenje kota prvega plazu in prezračevanja prahu med tokom, kot tudi merjenje indeksa adhezije σf in kota toka αf glede na hitrost vrtenja.
GranuPack meritve nasipne gostote, gostote izpusta in Hausnerjevega razmerja (imenovane tudi »preizkusi na dotik«) so zelo priljubljene pri karakterizaciji prahu zaradi enostavnosti in hitrosti merjenja.Gostota praška in zmožnost povečanja njegove gostote sta pomembna parametra med skladiščenjem, transportom, aglomeracijo itd. Priporočeni postopek je opisan v farmakopeji.
Ta preprost test ima tri glavne pomanjkljivosti.Meritve so odvisne od operaterja in način polnjenja vpliva na začetno prostornino prahu.Vizualne meritve prostornine lahko povzročijo resne napake v rezultatih.Zaradi enostavnosti eksperimenta smo zanemarili dinamiko zbijanja med začetno in končno dimenzijo.
Obnašanje prahu, dovajanega v neprekinjeno odprtino, je bilo analizirano z avtomatsko opremo.Natančno izmerite Hausnerjev koeficient Hr, začetno gostoto ρ(0) in končno gostoto ρ(n) po n klikih.
Število pip je običajno določeno na n = 500.GranuPack je avtomatizirano in napredno merjenje gostote točenja, ki temelji na najnovejših dinamičnih raziskavah.
Lahko se uporabljajo tudi drugi indeksi, vendar tukaj niso navedeni.Prašek je postavljen v kovinske cevi in gre skozi strog avtomatski postopek inicializacije.Ekstrapolacija dinamičnega parametra n1/2 in največje gostote ρ(∞) je vzeta iz krivulje zbijanja.
Lahek votli valj je nameščen na vrhu praškaste postelje, da med stiskanjem ohranja raven vmesnik prah/zrak.Cev, v kateri je vzorec prahu, se dvigne na fiksno višino ∆Z in nato prosto pade na višino, običajno določeno na ∆Z = 1 mm ali ∆Z = 3 mm, ki se samodejno izmeri po vsakem udarcu.Po višini lahko izračunate prostornino V kupa.
Gostota je razmerje med maso m in prostornino V plasti prahu.Masa prahu m je znana, gostota ρ se nanese po vsakem izpustu.
Hausnerjev koeficient Hr je povezan s stopnjo stiskanja in se analizira z enačbo Hr = ρ(500) / ρ(0), kjer je ρ(0) začetna nasipna gostota in ρ(500) izračunana gostota nasipa po 500 pipe.Rezultati so ponovljivi z majhno količino praška (običajno 35 ml) po metodi GranuPack.
Lastnosti prahu in narava materiala, iz katerega je naprava izdelana, so ključni parametri.Med tokom se v prahu ustvarijo elektrostatični naboji, ki jih povzroči triboelektrični učinek, izmenjava nabojev, ko dve trdni snovi prideta v stik.
Ko prašek teče znotraj naprave, pride do triboelektričnih učinkov na stiku med delci in na stiku med delcem in napravo.
Ob stiku z izbranim materialom GranuCharge samodejno izmeri količino elektrostatičnega naboja, ki nastane v prahu med pretokom.Vzorec prahu teče v vibrirajoči V-cevi in pade v Faradayev lonček, povezan z elektrometrom, ki meri naboj, ki ga prah pridobi, ko se premika skozi V-cev.Za ponovljive rezultate pogosto dovajajte V-cev z vrtljivo ali vibrirajočo napravo.
Triboelektrični učinek povzroči, da en predmet pridobi elektrone na svoji površini in je tako negativno nabit, medtem ko drugi predmet izgubi elektrone in je zato pozitivno nabit.Nekateri materiali lažje pridobijo elektrone kot drugi, podobno pa drugi materiali lažje izgubijo elektrone.
Kateri material postane negativen in kateri pozitiven, je odvisno od relativne težnje vpletenih materialov, da pridobijo ali izgubijo elektrone.Za predstavitev teh trendov je bila razvita triboelektrična serija, prikazana v tabeli 1.Navedeni so materiali, ki so nagnjeni k pozitivnemu naboju, in drugi, ki so nagnjeni k negativnemu naboju, medtem ko so materiali, ki ne kažejo vedenjskih tendenc, navedeni na sredini tabele.
Po drugi strani pa ta tabela zagotavlja samo informacije o trendu obnašanja naboja materiala, zato je bil GranuCharge ustvarjen za zagotavljanje natančnih vrednosti za obnašanje naboja prahu.
Za analizo toplotne razgradnje je bilo izvedenih več poskusov.Vzorce pustimo pri 200°C eno do dve uri.Prah se nato takoj analizira z GranuDrum (termično ime).Prašek se nato postavi v posodo, dokler ne doseže sobne temperature, nato pa se analizira z uporabo GranuDrum, GranuPack in GranuCharge (tj. »hladno«).
Surove vzorce smo analizirali z GranuPack, GranuDrum in GranuCharge pri enaki vlažnosti/sobni temperaturi, to je relativni vlažnosti 35,0 ± 1,5 % in temperaturi 21,0 ± 1,0 °C.
Indeks kohezije izračuna pretočnost prahu in je v korelaciji s spremembami v položaju meje (prah/zrak), ki odraža samo tri kontaktne sile (van der Waalsovo, kapilarno in elektrostatično).Pred poskusom zabeležite relativno vlažnost (RH, %) in temperaturo (°C).Nato prašek nasujte v posodo bobna in začnite s poskusom.
Glede na tiksotropne parametre smo ugotovili, da ti izdelki niso občutljivi na strjevanje.Zanimivo je, da je toplotna obremenitev spremenila reološko obnašanje praškov vzorcev A in B od strižnega zgostitve do strižnega redčenja.Po drugi strani pa na vzorce C in SS 316L temperatura ni vplivala in sta pokazala le strižno zgostitev.Vsak prah je po segrevanju in ohlajanju pokazal boljšo mazljivost (tj. nižji kohezijski indeks).
Temperaturni učinek je odvisen tudi od specifične površine delcev.Večja kot je toplotna prevodnost materiala, večji je učinek na temperaturo (tj. ???225°?=250?.?-1.?-1) in ?316?225°?=19?.?-1.?-1), manjši kot so delci, pomembnejši je učinek temperature.Delo pri povišanih temperaturah je dobra izbira za prah iz aluminijevih zlitin zaradi njihove povečane mazljivosti, ohlajeni vzorci pa dosegajo še boljšo sipkost v primerjavi s čistimi praški.
Za vsak poskus GranuPack smo pred vsakim poskusom zabeležili težo prahu in vzorec izpostavili 500 udarcem s frekvenco udarca 1 Hz s prostim padom merilne celice 1 mm (energija udarca ∝).Vzorci se dozirajo v merilne celice po navodilih programske opreme neodvisno od uporabnika.Meritve so bile nato dvakrat ponovljene, da bi ocenili ponovljivost in preverili srednjo vrednost in standardni odklon.
Po končani analizi GranuPack se zabeležijo začetna gostota pakiranja (ρ(0)), končna gostota pakiranja (na več klikih, n = 500, tj. ρ(500)), Hausnerjevo razmerje/Carrov indeks (Hr/Cr) in dve parametrov (n1/2 in τ), povezanih z dinamiko zbijanja.Prikazana je tudi optimalna gostota ρ(∞) (glej prilogo 1).Spodnja tabela reorganizira eksperimentalne podatke.
Sliki 6 in 7 prikazujeta skupni krivulji stiskanja (nasipna gostota glede na število udarcev) in razmerje parametrov n1/2/Hausner.Vrstice napak, izračunane z uporabo povprečij, so prikazane na vsaki krivulji, standardni odkloni pa so bili izračunani iz testov ponovljivosti.
Izdelek iz nerjavečega jekla 316L je bil najtežji izdelek (ρ(0) = 4,554 g/mL).Z vidika gostote izpusta je SS 316L še vedno najtežji prah (ρ(n) = 5,044 g/mL), sledi vzorec A (ρ(n) = 1,668 g/ml), sledi vzorec B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Vzorec C je bil najnižji (ρ(n) = 1,581 g/mL).Glede na nasipno gostoto izhodnega prahu vidimo, da je vzorec A najlažji, z upoštevanjem napake (1,380 g/ml) pa imata vzorca B in C približno enako vrednost.
Pri segrevanju prahu se njegovo Hausnerjevo razmerje zmanjša, kar se zgodi le pri vzorcih B, C in SS 316L.Za vzorec A tega ni mogoče storiti zaradi velikosti vrstic napak.Za n1/2 je trende parametrov težje prepoznati.Pri vzorcu A in SS 316L se je vrednost n1/2 znižala po 2 urah pri 200°C, medtem ko se je pri prahu B in C po termični obremenitvi povečala.
Za vsak poskus GranuCharge je bil uporabljen vibrirajoči podajalnik (glejte sliko 8).Uporabite cev iz nerjavečega jekla 316L.Meritve smo ponovili 3-krat, da bi ocenili ponovljivost.Teža izdelka, uporabljenega za vsako meritev, je bila približno 40 ml in po meritvi ni bil odkrit prašek.
Pred poskusom zabeležimo težo prahu (mp, g), relativno zračno vlago (RH, %) in temperaturo (°C).Na začetku preskusa izmerite gostoto naboja primarnega prahu (q0 v µC/kg), tako da prašek vnesete v Faradayev lonček.Na koncu zabeležite maso prahu in izračunajte končno gostoto naboja (qf, µC/kg) in Δq (Δq = qf – q0) na koncu poskusa.
Neobdelani podatki GranuCharge so prikazani v tabeli 2 in na sliki 9 (σ je standardni odklon, izračunan iz rezultatov preskusa ponovljivosti), rezultati pa so predstavljeni kot histogrami (prikazana sta samo q0 in Δq).SS 316L je imel najnižjo začetno ceno;to je lahko posledica dejstva, da ima ta izdelek najvišji PSD.Glede začetne količine polnjenja prahu primarne aluminijeve zlitine ni mogoče sklepati zaradi velikosti napak.
Po stiku s cevjo iz nerjavečega jekla 316L je vzorec A pridobil najmanjšo količino naboja v primerjavi s praškoma B in C, kar poudarja podoben trend, ko se prah SS 316L podrgne z SS 316L, se ugotovi gostota naboja blizu 0 (glej triboelektrični serije).Produkt B je še vedno bolj nabit kot A. Pri vzorcu C se trend nadaljuje (pozitiven začetni naboj in končni naboj po uhajanju), vendar se število nabojev poveča po toplotni razgradnji.
Po 2 urah termične obremenitve pri 200 °C postane obnašanje prahu spektakularno.V vzorcih A in B se začetni naboj zmanjša, končni naboj pa se spremeni iz negativnega v pozitivnega.Prah SS 316L je imel največji začetni naboj in njegova sprememba gostote naboja je postala pozitivna, vendar je ostala nizka (tj. 0,033 nC/g).
Raziskali smo učinek toplotne razgradnje na kombinirano obnašanje aluminijeve zlitine (AlSi10Mg) in prahu iz nerjavečega jekla 316L, medtem ko smo analizirali prvotne prahove v zunanjem zraku po 2 urah pri 200 °C.
Uporaba praškov pri visoki temperaturi lahko izboljša mazljivost izdelka, ta učinek pa se zdi pomembnejši pri praških z visoko specifično površino in materialih z visoko toplotno prevodnostjo.GranuDrum je bil uporabljen za oceno pretoka, GranuPack je bil uporabljen za dinamično analizo polnjenja, GranuCharge pa je bil uporabljen za analizo triboelektričnosti prahu v stiku s cevmi iz nerjavečega jekla 316L.
Ti rezultati so bili ugotovljeni z uporabo GranuPack, ki prikazuje izboljšanje Hausnerjevega koeficienta za vsak prašek (z izjemo vzorca A zaradi napake velikosti) po postopku termične obremenitve.Če pogledamo parametre pakiranja (n1/2), ni bilo jasnih trendov, saj so nekateri izdelki pokazali povečanje hitrosti pakiranja, drugi pa kontrastni učinek (npr. vzorca B in C).
Čas objave: 10. januarja 2023