Gumagamit kami ng cookies upang mapabuti ang iyong karanasan.Sa pamamagitan ng patuloy na pag-browse sa site na ito, sumasang-ayon ka sa aming paggamit ng cookies.Karagdagang impormasyon.
Ang additive manufacturing (AM) ay kinabibilangan ng paglikha ng mga three-dimensional na bagay, isang ultra-thin layer sa isang pagkakataon, na ginagawa itong mas mahal kaysa sa tradisyonal na machining.Gayunpaman, isang maliit na bahagi lamang ng pulbos na idineposito sa panahon ng proseso ng pagpupulong ay ibinebenta sa bahagi.Ang natitira ay hindi natutunaw, kaya maaari itong magamit muli.Sa kabaligtaran, kung ang bagay ay nilikha sa klasikal na paraan, ang pag-alis ng materyal sa pamamagitan ng paggiling at machining ay karaniwang kinakailangan.
Tinutukoy ng mga katangian ng pulbos ang mga parameter ng makina at dapat munang isaalang-alang.Ang halaga ng AM ay hindi matipid dahil ang hindi natunaw na pulbos ay kontaminado at hindi nare-recycle.Ang pinsala sa mga pulbos ay nagreresulta sa dalawang kababalaghan: kemikal na pagbabago ng produkto at mga pagbabago sa mga mekanikal na katangian tulad ng morpolohiya at pamamahagi ng laki ng butil.
Sa unang kaso, ang pangunahing gawain ay upang lumikha ng mga solidong istruktura na naglalaman ng mga purong haluang metal, kaya kailangan nating maiwasan ang kontaminasyon ng pulbos, halimbawa, sa mga oxide o nitride.Sa huling kaso, ang mga parameter na ito ay nauugnay sa pagkalikido at pagkalat.Samakatuwid, ang anumang pagbabago sa mga katangian ng pulbos ay maaaring humantong sa isang hindi pantay na pamamahagi ng produkto.
Ang data mula sa mga kamakailang publikasyon ay nagpapahiwatig na ang mga klasikal na flowmeter ay hindi makakapagbigay ng sapat na impormasyon tungkol sa pagkadaloy ng pulbos sa paggawa ng mga additives ng powder bed.Tungkol sa paglalarawan ng mga hilaw na materyales (o mga pulbos), mayroong ilang naaangkop na paraan ng pagsukat sa merkado na maaaring matugunan ang pangangailangang ito.Ang estado ng stress at ang field ng daloy ng pulbos ay dapat na pareho sa pagsukat ng cell at sa proseso.Ang pagkakaroon ng mga compressive load ay hindi tugma sa libreng surface flow na ginagamit sa mga AM device sa shear cell tester at classical rheometers.
Ang GranuTools ay nakabuo ng mga workflow para sa powder characterization sa additive manufacturing.Ang aming pangunahing layunin ay magkaroon ng isang tool sa bawat geometry para sa tumpak na pagmomodelo ng proseso, at ginamit ang daloy ng trabaho na ito upang maunawaan at masubaybayan ang ebolusyon ng kalidad ng pulbos sa maraming print pass.Ang ilang mga karaniwang aluminyo haluang metal (AlSi10Mg) ay pinili para sa iba't ibang mga tagal sa iba't ibang mga thermal load (mula 100 hanggang 200 °C).
Maaaring kontrolin ang thermal degradation sa pamamagitan ng pagsusuri sa kakayahan ng powder na mag-imbak ng singil.Ang mga pulbos ay nasuri para sa flowability (GranuDrum instrument), packing kinetics (GranuPack instrument) at electrostatic behavior (GranuCharge instrument).Ang mga sukat ng cohesion at packing kinetics ay magagamit para sa mga sumusunod na masa ng pulbos.
Ang mga pulbos na madaling kumalat ay makakaranas ng mababang cohesion index, habang ang mga pulbos na may mabilis na pagpuno ng dinamika ay gagawa ng mga mekanikal na bahagi na may mas kaunting porosity kumpara sa mga produkto na mas mahirap punan.
Tatlong aluminum alloy powder (AlSi10Mg) na nakaimbak sa aming laboratoryo sa loob ng ilang buwan, na may iba't ibang distribusyon ng laki ng particle, at isang 316L stainless steel sample, na tinutukoy dito bilang mga sample na A, B at C, ang napili.Ang mga katangian ng mga sample ay maaaring iba sa iba.mga tagagawa.Ang sample na pamamahagi ng laki ng particle ay sinusukat ng laser diffraction analysis/ISO 13320.
Dahil kinokontrol nila ang mga parameter ng makina, dapat munang isaalang-alang ang mga katangian ng pulbos, at kung isasaalang-alang natin na ang hindi natunaw na pulbos ay kontaminado at hindi nare-recycle, ang halaga ng paggawa ng additive ay hindi magiging kasing tipid gaya ng gusto natin.Samakatuwid, tatlong parameter ang iimbestigahan: daloy ng pulbos, packing kinetics at electrostatics.
Ang kakayahang kumalat ay nauugnay sa pagkakapareho at "kinis" ng layer ng pulbos pagkatapos ng operasyon ng pag-recoat.Napakahalaga nito dahil mas madaling i-print ang mga makinis na ibabaw at maaaring suriin gamit ang GranuDrum tool na may pagsukat ng adhesion index.
Dahil ang mga pores ay mahinang mga punto sa isang materyal, maaari silang humantong sa mga bitak.Ang packing dynamics ay ang pangalawang kritikal na parameter dahil ang mga fast packing powder ay may mababang porosity.Ang pag-uugali na ito ay nasusukat sa GranuPack na may halagang n1/2.
Ang pagkakaroon ng isang singil sa kuryente sa pulbos ay lumilikha ng magkakaugnay na pwersa na humahantong sa pagbuo ng mga agglomerates.Sinusukat ng GranuCharge ang kakayahan ng isang pulbos na makabuo ng electrostatic charge kapag nadikit sa napiling materyal habang dumadaloy.
Sa panahon ng pagproseso, maaaring hulaan ng GranuCharge ang pagkasira ng daloy, tulad ng pagbuo ng layer sa AM.Kaya, ang nakuha na mga sukat ay napaka-sensitibo sa estado ng ibabaw ng butil (oksihenasyon, kontaminasyon at pagkamagaspang).Ang pagtanda ng nakuhang pulbos ay maaaring tumpak na ma-quantify (±0.5 nC).
Ang GranuDrum ay batay sa prinsipyo ng umiikot na drum at isang naka-program na paraan para sa pagsukat ng flowability ng isang pulbos.Ang isang pahalang na silindro na may mga transparent na dingding sa gilid ay naglalaman ng kalahati ng sample ng pulbos.Ang drum ay umiikot sa paligid ng axis nito sa isang angular na bilis na 2 hanggang 60 rpm, at ang CCD camera ay kumukuha ng mga larawan (mula 30 hanggang 100 mga larawan sa 1 segundong pagitan).Ang air/powder interface ay natutukoy sa bawat larawan gamit ang isang edge detection algorithm.
Kalkulahin ang average na posisyon ng interface at ang mga oscillation sa paligid ng average na posisyon na ito.Para sa bawat bilis ng pag-ikot, ang anggulo ng daloy (o "dynamic na anggulo ng pahinga") αf ay kinakalkula mula sa mean na posisyon ng interface, at ang dynamic na index ng adhesion na σf, na tumutukoy sa interparticle bonding, ay sinusuri mula sa mga pagbabago-bago ng interface.
Ang anggulo ng daloy ay naiimpluwensyahan ng isang bilang ng mga parameter: friction sa pagitan ng mga particle, hugis at pagkakaisa (van der Waals, electrostatic at capillary forces).Ang mga cohesive na pulbos ay nagreresulta sa pasulput-sulpot na daloy, habang ang mga di-cohesive na pulbos ay nagreresulta sa regular na daloy.Ang mas maliliit na halaga ng anggulo ng daloy αf ay tumutugma sa magagandang katangian ng daloy.Ang isang dynamic na index ng adhesion na malapit sa zero ay tumutugma sa isang non-cohesive powder, samakatuwid, habang ang pagdirikit ng powder ay tumataas, ang adhesion index ay tumataas nang naaayon.
Pinapayagan ka ng GranuDrum na sukatin ang anggulo ng unang avalanche at aeration ng pulbos sa panahon ng daloy, pati na rin sukatin ang index ng adhesion σf at ang anggulo ng daloy αf depende sa bilis ng pag-ikot.
Ang bulk density ng GranuPack, tapping density at mga sukat ng Hausner ratio (tinatawag ding "mga pagsubok sa pagpindot") ay napakapopular sa characterization ng powder dahil sa kadalian at bilis ng pagsukat.Ang density ng pulbos at ang kakayahang dagdagan ang density nito ay mahalagang mga parameter sa panahon ng imbakan, transportasyon, pagsasama-sama, atbp. Ang inirerekumendang pamamaraan ay inilarawan sa Pharmacopoeia.
Ang simpleng pagsubok na ito ay may tatlong pangunahing kawalan.Ang mga sukat ay umaasa sa operator at ang paraan ng pagpuno ay nakakaapekto sa paunang dami ng pulbos.Ang mga visual na sukat ng volume ay maaaring humantong sa mga malubhang error sa mga resulta.Dahil sa pagiging simple ng eksperimento, napabayaan namin ang dynamics ng compaction sa pagitan ng paunang at panghuling dimensyon.
Ang pag-uugali ng pulbos na ipinakain sa tuluy-tuloy na saksakan ay nasuri gamit ang mga awtomatikong kagamitan.Tumpak na sukatin ang Hausner coefficient Hr, initial density ρ(0) at final density ρ(n) pagkatapos ng n clicks.
Ang bilang ng mga gripo ay karaniwang nakatakda sa n=500.Ang GranuPack ay isang awtomatiko at advanced na pagsukat ng density ng tapping batay sa pinakabagong dynamic na pananaliksik.
Maaaring gamitin ang iba pang mga index, ngunit hindi ito nakalista dito.Ang pulbos ay inilalagay sa mga metal na tubo at dumadaan sa isang mahigpit na proseso ng awtomatikong pagsisimula.Ang extrapolation ng dynamic na parameter n1/2 at ang maximum density ρ(∞) ay kinuha mula sa compaction curve.
Ang isang magaan na hollow cylinder ay nakaupo sa ibabaw ng powder bed upang mapanatili ang antas ng powder/air interface sa panahon ng compaction.Ang tubo na naglalaman ng sample ng pulbos ay tumataas sa isang nakapirming taas na ∆Z at pagkatapos ay malayang bumababa sa isang taas, kadalasang naayos sa ∆Z = 1 mm o ∆Z = 3 mm, awtomatikong sinusukat pagkatapos ng bawat epekto.Sa pamamagitan ng taas, maaari mong kalkulahin ang volume V ng pile.
Ang density ay ang ratio ng mass m sa volume V ng layer ng pulbos.Ang masa ng pulbos m ay kilala, ang density ρ ay inilalapat pagkatapos ng bawat paglabas.
Ang Hausner coefficient Hr ay nauugnay sa compaction rate at sinusuri ng equation na Hr = ρ(500) / ρ(0), kung saan ang ρ(0) ay ang paunang bulk density at ρ(500) ay ang kinakalkula na tap density pagkatapos ng 500 mga gripo.Ang mga resulta ay maaaring kopyahin sa isang maliit na halaga ng pulbos (karaniwan ay 35 ml) gamit ang paraan ng GranuPack.
Ang mga katangian ng pulbos at ang likas na katangian ng materyal kung saan ginawa ang aparato ay mga pangunahing parameter.Sa panahon ng daloy, ang mga electrostatic charge ay nabuo sa loob ng pulbos, at ang mga singil na ito ay sanhi ng triboelectric effect, ang pagpapalitan ng mga singil kapag ang dalawang solido ay nagdikit.
Kapag dumaloy ang pulbos sa loob ng device, nangyayari ang mga epekto ng triboelectric sa contact sa pagitan ng mga particle at sa contact sa pagitan ng particle at ng device.
Sa pakikipag-ugnayan sa napiling materyal, awtomatikong sinusukat ng GranuCharge ang dami ng electrostatic charge na nabuo sa loob ng powder habang dumadaloy.Ang isang sample ng pulbos ay dumadaloy sa isang vibrating V-tube at nahuhulog sa isang Faraday cup na konektado sa isang electrometer na sumusukat sa singil na nakukuha ng pulbos habang ito ay gumagalaw sa V-tube.Para sa mga reproducible na resulta, pakainin ang V-tube nang madalas gamit ang rotating o vibrating device.
Ang triboelectric effect ay nagiging sanhi ng isang bagay upang makakuha ng mga electron sa ibabaw nito at sa gayon ay negatibong sisingilin, habang ang isa pang bagay ay nawawalan ng mga electron at samakatuwid ay positibong sisingilin.Ang ilang mga materyales ay nakakakuha ng mga electron nang mas madali kaysa sa iba, at sa katulad na paraan, ang ibang mga materyales ay mas madaling nawawalan ng mga electron.
Aling materyal ang nagiging negatibo at alin ang nagiging positibo ay depende sa relatibong tendensya ng mga materyal na kasangkot na makakuha o mawalan ng mga electron.Upang kumatawan sa mga uso na ito, ang serye ng triboelectric na ipinakita sa Talahanayan 1 ay binuo.Nakalista ang mga materyal na may posibilidad na positibong singilin at iba pa na may posibilidad na negatibong sisingilin, habang nakalista sa gitna ng talahanayan ang mga materyales na hindi nagpapakita ng mga ugali.
Sa kabilang banda, ang talahanayang ito ay nagbibigay lamang ng impormasyon sa takbo ng pag-uugali ng pagsingil ng materyal, kaya nilikha ang GranuCharge upang magbigay ng mga tumpak na halaga para sa pag-uugali ng pagsingil ng pulbos.
Ilang mga eksperimento ang isinagawa upang pag-aralan ang thermal decomposition.Ang mga sample ay iniwan sa 200 ° C para sa isa hanggang dalawang oras.Ang pulbos ay agad na sinusuri gamit ang GranuDrum (thermal name).Pagkatapos ay ilagay ang pulbos sa isang lalagyan hanggang sa umabot sa temperatura ng kapaligiran at pagkatapos ay susuriin gamit ang GranuDrum, GranuPack at GranuCharge (ibig sabihin, "malamig").
Ang mga hilaw na sample ay sinuri gamit ang GranuPack, GranuDrum at GranuCharge sa parehong halumigmig/temperatura ng silid, ibig sabihin, relative humidity 35.0 ± 1.5% at temperatura 21.0 ± 1.0 °C.
Kinakalkula ng cohesion index ang flowability ng isang pulbos at iniuugnay sa mga pagbabago sa posisyon ng interface (pulbos/hangin), na sumasalamin lamang sa tatlong puwersa ng pakikipag-ugnay (van der Waals, capillary at electrostatic).Bago ang eksperimento, itala ang relatibong halumigmig (RH, %) at temperatura (°C).Pagkatapos ay ibuhos ang pulbos sa lalagyan ng drum at simulan ang eksperimento.
Napagpasyahan namin na ang mga produktong ito ay hindi sensitibo sa caking kapag isinasaalang-alang ang mga thixotropic na parameter.Kapansin-pansin, binago ng thermal stress ang rheological na pag-uugali ng mga pulbos ng mga sample A at B mula sa shear thickening hanggang sa shear thinning.Sa kabilang banda, ang Samples C at SS 316L ay hindi naapektuhan ng temperatura at nagpakita lamang ng shear thickening.Ang bawat pulbos ay nagpakita ng mas mahusay na pagkalat (ibig sabihin, mas mababang cohesion index) pagkatapos ng pagpainit at paglamig.
Ang epekto ng temperatura ay nakasalalay din sa tiyak na lugar ng ibabaw ng mga particle.Kung mas malaki ang thermal conductivity ng materyal, mas malaki ang epekto sa temperatura (ibig sabihin ???225°?=250?.?-1.?-1) at ?316?225°?=19?.?-1.?-1), mas maliit ang mga particle, mas mahalaga ang epekto ng temperatura.Ang pagtatrabaho sa matataas na temperatura ay isang magandang pagpipilian para sa mga pulbos ng aluminyo na haluang metal dahil sa kanilang pagtaas ng pagkalat, at ang mga pinalamig na sample ay nakakakuha ng mas mahusay na flowability kumpara sa mga malinis na pulbos.
Para sa bawat eksperimento sa GranuPack, ang bigat ng pulbos ay naitala bago ang bawat eksperimento, at ang sample ay sumailalim sa 500 na epekto na may dalas ng epekto na 1 Hz na may libreng pagbagsak ng sukat ng cell na 1 mm (enerhiya ng epekto ∝).Ang mga sample ay ibinibigay sa mga cell ng pagsukat ayon sa mga tagubilin ng software na hindi nakasalalay sa gumagamit.Ang mga sukat ay pagkatapos ay inulit ng dalawang beses upang masuri ang muling paggawa at upang suriin ang ibig sabihin at karaniwang paglihis.
Pagkatapos makumpleto ang pagsusuri ng GranuPack, paunang density ng packing (ρ(0)), panghuling density ng packing (sa ilang mga pag-click, n = 500, ibig sabihin, ρ(500)), Hausner ratio/Carr index (Hr/Cr) , at dalawang naitala mga parameter (n1/2 at τ) na nauugnay sa compaction dynamics.Ang pinakamainam na density ρ(∞) ay ipinapakita din (tingnan ang Appendix 1).Ang talahanayan sa ibaba ay muling inaayos ang pang-eksperimentong data.
Ipinapakita ng mga figure 6 at 7 ang pangkalahatang compaction curve (bulk density versus number of impacts) at ang n1/2/Hausner parameter ratio.Ang mga error bar na kinakalkula gamit ang mga average ay ipinapakita sa bawat curve, at ang mga standard deviation ay kinakalkula mula sa mga repeatability test.
Ang produktong 316L na hindi kinakalawang na asero ay ang pinakamabigat na produkto (ρ(0) = 4.554 g/mL).Sa mga tuntunin ng tapping density, ang SS 316L pa rin ang pinakamabigat na pulbos (ρ(n) = 5.044 g/mL), na sinusundan ng Sample A (ρ(n) = 1.668 g/mL), na sinusundan ng Sample B (ρ (n) = 1.668 g/ml) (n) = 1.645 g/ml).Ang Sample C ang pinakamababa (ρ(n) = 1.581 g/mL).Ayon sa bulk density ng paunang pulbos, nakikita namin na ang sample A ay ang pinakamagaan, at isinasaalang-alang ang error (1.380 g / ml), ang mga sample B at C ay may humigit-kumulang na parehong halaga.
Kapag pinainit ang pulbos, bumababa ang ratio ng Hausner nito, na nangyayari lamang para sa mga sample na B, C at SS 316L.Para sa Sample A, hindi ito magagawa dahil sa laki ng mga error bar.Para sa n1/2, mas mahirap tukuyin ang mga trend ng parameter.Para sa sample A at SS 316L, ang halaga ng n1/2 ay bumaba pagkatapos ng 2 h sa 200°C, habang para sa mga pulbos B at C ay tumaas ito pagkatapos ng thermal loading.
Ginamit ang isang vibrating feeder para sa bawat eksperimento ng GranuCharge (tingnan ang Larawan 8).Gumamit ng 316L stainless steel pipe.Ang mga pagsukat ay inulit ng 3 beses upang masuri ang muling paggawa.Ang bigat ng produktong ginamit para sa bawat pagsukat ay humigit-kumulang 40 ml at walang pulbos na nakuhang muli pagkatapos ng pagsukat.
Bago ang eksperimento, ang bigat ng powder (mp, g), relative air humidity (RH, %), at temperatura (°C) ay itinatala.Sa simula ng pagsubok, sukatin ang density ng singil ng pangunahing pulbos (q0 sa µC/kg) sa pamamagitan ng pagpasok ng pulbos sa Faraday cup.Panghuli, itala ang masa ng pulbos at kalkulahin ang panghuling density ng singil (qf, µC/kg) at Δq (Δq = qf – q0) sa pagtatapos ng eksperimento.
Ang hilaw na data ng GranuCharge ay ipinapakita sa Talahanayan 2 at Figure 9 (σ ay ang karaniwang paglihis na kinakalkula mula sa mga resulta ng pagsubok sa reproducibility), at ang mga resulta ay ipinakita bilang mga histogram (q0 at Δq lamang ang ipinapakita).Ang SS 316L ay may pinakamababang paunang gastos;ito ay maaaring dahil sa ang katunayan na ang produktong ito ay may pinakamataas na PSD.Tungkol sa paunang halaga ng singil ng pangunahing aluminyo haluang metal na pulbos, walang mga konklusyon ang maaaring iguguhit dahil sa laki ng mga pagkakamali.
Pagkatapos makipag-ugnayan sa 316L stainless steel pipe, ang sample A ay nakakuha ng pinakamababang halaga ng singil kumpara sa mga pulbos B at C, na nagha-highlight ng katulad na kalakaran, kapag ang SS 316L na pulbos ay pinahiran ng SS 316L, ang density ng singil na malapit sa 0 ay matatagpuan (tingnan ang triboelectric serye).Mas malaki pa rin ang singil sa Produkto B kaysa sa A. Para sa sample C, nagpapatuloy ang trend (positibong paunang singil at huling pagsingil pagkatapos ng pagtagas), ngunit tumataas ang bilang ng mga singil pagkatapos ng thermal degradation.
Pagkatapos ng 2 oras ng thermal stress sa 200 °C, ang pag-uugali ng pulbos ay nagiging kamangha-manghang.Sa mga sample na A at B, ang unang singil ay bumababa at ang huling singil ay nagbabago mula sa negatibo patungo sa positibo.Ang SS 316L powder ay may pinakamataas na paunang singil at ang pagbabago ng density ng singil nito ay naging positibo ngunit nanatiling mababa (ibig sabihin, 0.033 nC/g).
Inimbestigahan namin ang epekto ng thermal degradation sa pinagsamang pag-uugali ng aluminum alloy (AlSi10Mg) at 316L na hindi kinakalawang na asero na pulbos habang sinusuri ang orihinal na mga pulbos sa ambient air pagkatapos ng 2 oras sa 200°C.
Ang paggamit ng mga pulbos sa mataas na temperatura ay maaaring mapabuti ang pagkalat ng produkto, at ang epekto na ito ay tila mas mahalaga para sa mga pulbos na may mataas na tiyak na lugar sa ibabaw at mga materyales na may mataas na thermal conductivity.Ginamit ang GranuDrum upang suriin ang daloy, ginamit ang GranuPack para sa pagsusuri ng dinamikong pagpuno, at ginamit ang GranuCharge upang pag-aralan ang triboelectricity ng pulbos na nakikipag-ugnay sa 316L stainless steel tubing.
Ang mga resultang ito ay itinatag gamit ang GranuPack, na nagpapakita ng pagpapabuti sa Hausner coefficient para sa bawat pulbos (maliban sa sample A dahil sa error sa laki) pagkatapos ng proseso ng thermal stress.Kung titingnan ang mga parameter ng pag-iimpake (n1/2), walang malinaw na mga uso dahil ang ilang mga produkto ay nagpakita ng pagtaas sa bilis ng pag-iimpake habang ang iba ay may magkakaibang epekto (hal. Mga Sample B at C).
Oras ng post: Ene-10-2023