Vi bruger cookies til at forbedre din oplevelse.Ved at fortsætte med at browse på denne side accepterer du vores brug af cookies.Yderligere Information.
Additiv fremstilling (AM) involverer at skabe tredimensionelle objekter, et ultratyndt lag ad gangen, hvilket gør det dyrere end traditionel bearbejdning.Det er dog kun en lille del af det pulver, der aflejres under monteringsprocessen, der loddes ind i komponenten.Resten smelter så ikke, så det kan genbruges.I modsætning hertil, hvis objektet er skabt klassisk, er materialefjernelse ved fræsning og bearbejdning normalt påkrævet.
Pulverets egenskaber bestemmer maskinens parametre og skal overvejes først.Omkostningerne ved AM ville være uøkonomiske i betragtning af, at det usmeltede pulver er forurenet og ikke kan genanvendes.Beskadigelse af pulvere resulterer i to fænomener: kemisk modifikation af produktet og ændringer i mekaniske egenskaber såsom morfologi og partikelstørrelsesfordeling.
I det første tilfælde er hovedopgaven at skabe faste strukturer, der indeholder rene legeringer, så vi skal undgå forurening af pulveret, for eksempel med oxider eller nitrider.I sidstnævnte tilfælde er disse parametre forbundet med fluiditet og smørbarhed.Derfor kan enhver ændring i pulverets egenskaber føre til en uensartet fordeling af produktet.
Data fra nyere publikationer indikerer, at klassiske flowmålere ikke kan give tilstrækkelig information om pulvers flydeevne ved produktion af pulverbed-additiver.Med hensyn til karakterisering af råvarer (eller pulvere) er der flere passende målemetoder på markedet, som kan opfylde dette krav.Spændingstilstanden og pulverstrømningsfeltet skal være ens i målecellen og i processen.Tilstedeværelsen af trykbelastninger er uforenelig med den frie overfladestrøm, der anvendes i AM-enheder i forskydningscelletestere og klassiske rheometre.
GranuTools har udviklet arbejdsgange til pulverkarakterisering i additiv fremstilling.Vores hovedmål var at have ét værktøj pr. geometri til nøjagtig procesmodellering, og denne arbejdsgang blev brugt til at forstå og spore udviklingen af pulverkvalitet over flere printpassager.Flere standardaluminiumslegeringer (AlSi10Mg) blev udvalgt til forskellige varigheder ved forskellige termiske belastninger (fra 100 til 200 °C).
Termisk nedbrydning kan kontrolleres ved at analysere pulverets evne til at lagre en ladning.Pulverne blev analyseret for flydeevne (GranuDrum-instrument), pakningskinetik (GranuPack-instrument) og elektrostatisk adfærd (GranuCharge-instrument).Kohæsions- og pakningskinetikmålinger er tilgængelige for følgende pulvermasser.
Pulvere, der spredes let, vil opleve et lavt kohæsionsindeks, mens pulvere med hurtig fyldningsdynamik vil producere mekaniske dele med mindre porøsitet sammenlignet med produkter, der er sværere at fylde.
Tre aluminiumslegeringspulvere (AlSi10Mg) opbevaret i vores laboratorium i flere måneder, med forskellige partikelstørrelsesfordelinger, og en 316L prøve af rustfrit stål, her omtalt som prøver A, B og C, blev udvalgt.Prøvernes karakteristika kan afvige fra andre.producenter.Prøvepartikelstørrelsesfordeling blev målt ved laserdiffraktionsanalyse/ISO 13320.
Da de styrer maskinens parametre, skal pulverets egenskaber overvejes først, og hvis vi anser det usmeltede pulver for at være forurenet og ikke-genanvendeligt, vil omkostningerne ved additiv fremstilling ikke være så økonomisk, som vi ønsker.Derfor vil tre parametre blive undersøgt: pulverflow, pakningskinetik og elektrostatik.
Smørbarheden er relateret til ensartetheden og "glatheden" af pulverlaget efter overmalingsoperationen.Dette er meget vigtigt, da glatte overflader er nemmere at printe og kan undersøges med GranuDrum-værktøjet med adhæsionsindeksmåling.
Fordi porer er svage punkter i et materiale, kan de føre til revner.Pakningsdynamik er den anden kritiske parameter, fordi hurtigpakkede pulvere har lav porøsitet.Denne adfærd er blevet målt med GranuPack med en værdi på n1/2.
Tilstedeværelsen af en elektrisk ladning i pulveret skaber sammenhængende kræfter, der fører til dannelsen af agglomerater.GranuCharge måler et pulvers evne til at generere en elektrostatisk ladning ved kontakt med et udvalgt materiale under flow.
Under behandlingen kan GranuCharge forudsige flowforringelse, såsom lagdannelse i AM.De opnåede målinger er således meget følsomme over for kornoverfladens tilstand (oxidation, forurening og ruhed).Ældningen af det genvundne pulver kan derefter kvantificeres nøjagtigt (±0,5 nC).
GranuDrum er baseret på princippet om en roterende tromle og er en programmeret metode til at måle flydeevnen af et pulver.En vandret cylinder med gennemsigtige sidevægge indeholder halvdelen af pulverprøven.Tromlen roterer rundt om sin akse med en vinkelhastighed på 2 til 60 rpm, og CCD-kameraet tager billeder (fra 30 til 100 billeder med 1 sekunds intervaller).Luft/pulver-grænsefladen identificeres på hvert billede ved hjælp af en kantdetektionsalgoritme.
Beregn den gennemsnitlige position for grænsefladen og oscillationerne omkring denne gennemsnitlige position.For hver rotationshastighed beregnes strømningsvinklen (eller "dynamisk hvilevinkel") αf ud fra den gennemsnitlige grænsefladeposition, og det dynamiske adhæsionsindeks σf, som refererer til interpartikelbinding, analyseres ud fra grænsefladefluktuationer.
Strømningsvinklen er påvirket af en række parametre: friktion mellem partikler, form og kohæsion (van der Waals, elektrostatiske og kapillære kræfter).Sammenhængende pulvere resulterer i intermitterende flow, mens ikke-sammenhængende pulvere resulterer i regelmæssig flow.Mindre værdier af strømningsvinklen αf svarer til gode strømningsegenskaber.Et dynamisk adhæsionsindeks tæt på nul svarer til et ikke-kohæsivt pulver, derfor, når adhæsionen af pulveret øges, stiger adhæsionsindekset tilsvarende.
GranuDrum giver dig mulighed for at måle vinklen på den første lavine og luftning af pulveret under flowet, samt måle adhæsionsindekset σf og flowvinklen αf afhængigt af rotationshastigheden.
GranuPack bulk-densitet, tapningsdensitet og Hausner-forholdsmålinger (også kaldet "touch-tests") er meget populære i pulverkarakterisering på grund af den nemme måling og hastigheden.Pulverets massefylde og evnen til at øge densiteten er vigtige parametre under opbevaring, transport, agglomeration osv. Den anbefalede procedure er beskrevet i farmakopéen.
Denne simple test har tre store ulemper.Målingerne er operatørafhængige, og påfyldningsmetoden påvirker det indledende pulvervolumen.Visuelle målinger af volumen kan føre til alvorlige fejl i resultaterne.På grund af eksperimentets enkelhed forsømte vi komprimeringsdynamikken mellem de indledende og endelige dimensioner.
Opførslen af pulveret, der blev tilført det kontinuerlige udløb, blev analyseret ved anvendelse af automatiseret udstyr.Mål nøjagtigt Hausner-koefficienten Hr, indledende tæthed ρ(0) og slutdensitet ρ(n) efter n klik.
Antallet af tryk er normalt fastsat til n=500.GranuPack er en automatiseret og avanceret tappetæthedsmåling baseret på den seneste dynamiske forskning.
Andre indekser kan bruges, men de er ikke opført her.Pulveret anbringes i metalrør og gennemgår en streng automatisk initialiseringsproces.Ekstrapoleringen af den dynamiske parameter n1/2 og den maksimale tæthed ρ(∞) er taget fra komprimeringskurven.
En letvægts hul cylinder sidder på toppen af pulverlejet for at holde pulver/luft-grænsefladen i niveau under komprimering.Røret, der indeholder pulverprøven, stiger til en fast højde ∆Z og falder derefter frit til en højde, normalt fastgjort til ∆Z = 1 mm eller ∆Z = 3 mm, målt automatisk efter hvert stød.Ved højden kan du beregne volumenet V af bunken.
Densitet er forholdet mellem massen m og volumenet V af pulverlaget.Pulvermassen m er kendt, densiteten ρ påføres efter hver frigivelse.
Hausner-koefficienten Hr er relateret til komprimeringshastigheden og analyseres ved ligningen Hr = ρ(500) / ρ(0), hvor ρ(0) er den indledende bulkdensitet og ρ(500) er den beregnede tapdensitet efter 500 haner.Resultaterne kan reproduceres med en lille mængde pulver (normalt 35 ml) ved brug af GranuPack-metoden.
Pulverets egenskaber og arten af det materiale, som enheden er lavet af, er nøgleparametre.Under flowet genereres elektrostatiske ladninger inde i pulveret, og disse ladninger er forårsaget af den triboelektriske effekt, udvekslingen af ladninger, når to faste stoffer kommer i kontakt.
Når pulveret flyder inde i enheden, opstår triboelektriske effekter ved kontakten mellem partiklerne og ved kontakten mellem partiklen og enheden.
Ved kontakt med det valgte materiale måler GranuCharge automatisk mængden af elektrostatisk ladning, der genereres inde i pulveret under flow.En prøve af pulveret flyder i et vibrerende V-rør og falder ned i en Faraday-kop, der er forbundet til et elektrometer, der måler ladningen, som pulveret optager, når det bevæger sig gennem V-røret.For at opnå reproducerbare resultater, fodre V-røret ofte med en roterende eller vibrerende enhed.
Den triboelektriske effekt får et objekt til at få elektroner på sin overflade og dermed blive negativt ladet, mens et andet objekt mister elektroner og derfor er positivt ladet.Nogle materialer får lettere elektroner end andre, og på samme måde taber andre materialer lettere elektroner.
Hvilket materiale der bliver negativt og hvilket der bliver positivt afhænger af de involverede materialers relative tendens til at få eller tabe elektroner.For at repræsentere disse tendenser blev den triboelektriske serie vist i tabel 1 udviklet.Materialer, der har tendens til at være positivt ladede, og andre, der har tendens til at være negativt ladede, er anført, mens materialer, der ikke udviser adfærdstendenser, er anført i midten af tabellen.
På den anden side giver denne tabel kun information om tendensen i materialeladningsadfærd, så GranuCharge blev oprettet for at give nøjagtige værdier for pulverladningsadfærd.
Adskillige eksperimenter blev udført for at analysere termisk nedbrydning.Prøverne blev efterladt ved 200°C i en til to timer.Pulveret analyseres derefter straks med GranuDrum (termisk navn).Pulveret anbringes derefter i en beholder, indtil det når omgivelsestemperatur og analyseres derefter med GranuDrum, GranuPack og GranuCharge (dvs. "kold").
Råprøver blev analyseret med GranuPack, GranuDrum og GranuCharge ved samme luftfugtighed/rumtemperatur, dvs. relativ luftfugtighed 35,0 ± 1,5 % og temperatur 21,0 ± 1,0 °C.
Kohæsionsindekset beregner flydeevnen af et pulver og korrelerer med ændringer i positionen af grænsefladen (pulver/luft), som kun afspejler tre kontaktkræfter (van der Waals, kapillær og elektrostatisk).Før eksperimentet skal du registrere den relative luftfugtighed (RH, %) og temperatur (°C).Hæld derefter pulveret i tromlebeholderen og start eksperimentet.
Vi konkluderede, at disse produkter ikke var følsomme over for sammenbagning, når vi overvejede tixotrope parametre.Interessant nok ændrede termisk stress den rheologiske opførsel af pulverne i prøve A og B fra forskydningsfortykkelse til forskydningsfortynding.På den anden side var prøver C og SS 316L ikke påvirket af temperatur og viste kun forskydningsfortykkelse.Hvert pulver viste bedre smørbarhed (dvs. lavere kohæsionsindeks) efter opvarmning og afkøling.
Temperatureffekten afhænger også af partiklernes specifikke overfladeareal.Jo større varmeledningsevne materialet har, desto større effekt på temperaturen (dvs. ???225°?=250?.?-1.?-1) og ?316?225°?=19?.?-1.?-1), jo mindre partiklerne er, jo vigtigere er temperaturens effekt.Arbejde ved forhøjede temperaturer er et godt valg for aluminiumslegeringspulvere på grund af deres øgede smørbarhed, og afkølede prøver opnår endnu bedre flydeevne sammenlignet med uberørte pulvere.
For hvert GranuPack-eksperiment blev vægten af pulveret registreret før hvert eksperiment, og prøven blev udsat for 500 stød med en stødfrekvens på 1 Hz med et frit fald af målecellen på 1 mm (slagenergi ∝).Prøver dispenseres i målecellerne i henhold til softwareinstruktioner uafhængigt af brugeren.Målingerne blev derefter gentaget to gange for at vurdere reproducerbarheden og for at undersøge middelværdien og standardafvigelsen.
Efter at GranuPack-analysen er afsluttet, registreres initial pakningsdensitet (ρ(0)), endelig pakningsdensitet (ved flere klik, n = 500, dvs. ρ(500)), Hausner-forhold/Carr-indeks (Hr/Cr) og to parametre (n1/2 og τ) relateret til komprimeringsdynamik.Den optimale tæthed ρ(∞) er også vist (se bilag 1).Tabellen nedenfor omorganiserer de eksperimentelle data.
Figur 6 og 7 viser de overordnede komprimeringskurver (bulkdensitet versus antal påvirkninger) og n1/2/Hausner-parameterforholdet.Fejlsøjler beregnet ved hjælp af gennemsnit er vist på hver kurve, og standardafvigelser blev beregnet ud fra repeterbarhedstest.
316L rustfrit stålproduktet var det tungeste produkt (ρ(0) = 4,554 g/ml).Med hensyn til tapningstæthed er SS 316L stadig det tungeste pulver (ρ(n) = 5,044 g/mL), efterfulgt af prøve A (ρ(n) = 1,668 g/mL), efterfulgt af prøve B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Prøve C var den laveste (ρ(n) = 1,581 g/ml).Ifølge bulkdensiteten af det indledende pulver ser vi, at prøve A er den letteste, og under hensyntagen til fejlen (1,380 g / ml), har prøver B og C omtrent samme værdi.
Når pulveret opvarmes, falder dets Hausner-forhold, hvilket kun forekommer for prøver B, C og SS 316L.For prøve A kan dette ikke gøres på grund af størrelsen af fejlbjælkerne.For n1/2 er parametertendenserne sværere at identificere.For prøve A og SS 316L faldt værdien af n1/2 efter 2 timer ved 200°C, mens den for pulver B og C steg efter termisk belastning.
En vibrerende feeder blev brugt til hvert GranuCharge-eksperiment (se figur 8).Brug 316L rustfrit stålrør.Målingerne blev gentaget 3 gange for at vurdere reproducerbarheden.Vægten af det anvendte produkt til hver måling var ca. 40 ml, og der blev ikke genvundet pulver efter måling.
Før eksperimentet registreres vægten af pulveret (mp, g), relativ luftfugtighed (RH, %) og temperatur (°C).Ved starten af testen måles ladningstætheden af det primære pulver (q0 i µC/kg) ved at indføre pulveret i Faraday-koppen.Til sidst registreres massen af pulveret og beregne den endelige ladningstæthed (qf, µC/kg) og Δq (Δq = qf – q0) ved afslutningen af eksperimentet.
De rå GranuCharge-data er vist i tabel 2 og figur 9 (σ er standardafvigelsen beregnet fra resultaterne af reproducerbarhedstesten), og resultaterne præsenteres som histogrammer (kun q0 og Δq er vist).SS 316L havde de laveste startomkostninger;dette kan skyldes, at dette produkt har den højeste PSD.Med hensyn til den indledende ladningsmængde af det primære aluminiumslegeringspulver kan der ikke drages konklusioner på grund af størrelsen af fejlene.
Efter kontakt med 316L rustfrit stålrør, opnåede prøve A den mindste mængde ladning sammenlignet med pulver B og C, hvilket fremhæver en lignende tendens, når SS 316L pulver gnides med SS 316L, findes en ladningstæthed tæt på 0 (se triboelektrisk serie).Produkt B er stadig mere ladet end A. For prøve C fortsætter tendensen (positiv startladning og slutladning efter lækage), men antallet af ladninger stiger efter termisk nedbrydning.
Efter 2 timers termisk stress ved 200 °C bliver pulverets opførsel spektakulær.I prøver A og B falder startladningen, og den endelige ladning ændres fra negativ til positiv.SS 316L-pulver havde den højeste indledende ladning, og dets ladningstæthedsændring blev positiv, men forblev lav (dvs. 0,033 nC/g).
Vi undersøgte effekten af termisk nedbrydning på den kombinerede opførsel af aluminiumslegering (AlSi10Mg) og 316L rustfrit stålpulver, mens vi analyserede de originale pulvere i omgivende luft efter 2 timer ved 200°C.
Brugen af pulvere ved høj temperatur kan forbedre produktets smørbarhed, og denne effekt synes at være vigtigere for pulvere med højt specifikt overfladeareal og materialer med høj varmeledningsevne.GranuDrum blev brugt til at evaluere flow, GranuPack blev brugt til dynamisk fyldningsanalyse, og GranuCharge blev brugt til at analysere triboelektriciteten af pulveret i kontakt med 316L rustfrit stålrør.
Disse resultater blev etableret ved hjælp af GranuPack, som viser forbedringen i Hausner-koefficienten for hvert pulver (med undtagelse af prøve A på grund af størrelsesfejl) efter den termiske stressproces.Ser man på pakningsparametrene (n1/2), var der ingen klare tendenser, da nogle produkter viste en stigning i pakningshastigheden, mens andre havde en kontrasteffekt (f.eks. prøve B og C).
Indlægstid: Jan-10-2023