Utilitzem cookies per millorar la teva experiència.En continuar navegant per aquest lloc, acceptes el nostre ús de cookies.Informació adicional.
La fabricació additiva (AM) implica la creació d'objectes tridimensionals, una capa ultrafina a la vegada, fent-la més cara que el mecanitzat tradicional.Tanmateix, només una petita part de la pols dipositada durant el procés de muntatge es solda al component.La resta llavors no es fon, de manera que es pot reutilitzar.En canvi, si l'objecte es crea de manera clàssica, normalment es requereix l'eliminació de material per fresat i mecanitzat.
Les característiques de la pols determinen els paràmetres de la màquina i s'han de considerar primer.El cost de l'AM no seria econòmic atès que la pols no fosa està contaminada i no es pot reciclar.El dany a les pols produeix dos fenòmens: la modificació química del producte i els canvis en les propietats mecàniques com la morfologia i la distribució de la mida de les partícules.
En el primer cas, la tasca principal és crear estructures sòlides que continguin aliatges purs, per la qual cosa hem d'evitar la contaminació de la pols, per exemple, amb òxids o nitrurs.En aquest darrer cas, aquests paràmetres s'associen a la fluïdesa i l'extensió.Per tant, qualsevol canvi en les propietats de la pols pot conduir a una distribució no uniforme del producte.
Les dades de publicacions recents indiquen que els cabalímetres clàssics no poden proporcionar informació adequada sobre la fluïdesa de la pols en la producció d'additius de llit en pols.Pel que fa a la caracterització de matèries primeres (o pols), hi ha al mercat diversos mètodes de mesura adequats que poden satisfer aquest requisit.L'estat de tensió i el camp de flux de pols han de ser els mateixos a la cèl·lula de mesura i en el procés.La presència de càrregues de compressió és incompatible amb el flux de superfície lliure utilitzat en dispositius AM en provadors de cèl·lules de cisalla i reòmetres clàssics.
GranuTools ha desenvolupat fluxos de treball per a la caracterització de pols en la fabricació additiva.El nostre objectiu principal era disposar d'una eina per geometria per a un modelatge precís del procés, i aquest flux de treball es va utilitzar per entendre i fer un seguiment de l'evolució de la qualitat de la pols en múltiples passades d'impressió.Es van seleccionar diversos aliatges d'alumini estàndard (AlSi10Mg) per a diferents durades a diferents càrregues tèrmiques (de 100 a 200 °C).
La degradació tèrmica es pot controlar mitjançant l'anàlisi de la capacitat de la pols per emmagatzemar una càrrega.Les pols es van analitzar per a la fluïdesa (instrument GranuDrum), la cinètica d'empaquetament (instrument GranuPack) i el comportament electrostàtic (instrument GranuCharge).Les mesures de cohesió i cinètica d'empaquetament estan disponibles per a les següents masses de pols.
Les pols que s'estenen fàcilment experimentaran un baix índex de cohesió, mentre que les pols amb dinàmica d'ompliment ràpida produiran peces mecàniques amb menys porositat en comparació amb productes que són més difícils d'omplir.
Es van seleccionar tres pols d'aliatge d'alumini (AlSi10Mg) emmagatzemats al nostre laboratori durant diversos mesos, amb diferents distribucions de mida de partícules, i una mostra d'acer inoxidable 316L, anomenada aquí mostres A, B i C.Les característiques de les mostres poden diferir de les altres.fabricants.La distribució de la mida de les partícules de la mostra es va mesurar mitjançant anàlisi de difracció làser/ISO 13320.
Com que controlen els paràmetres de la màquina, primer s'han de considerar les propietats de la pols, i si considerem que la pols no fosa està contaminada i no és reciclable, el cost de la fabricació additiva no serà tan econòmic com voldríem.Per tant, s'investigaran tres paràmetres: flux de pols, cinètica d'empaquetament i electrostàtica.
La capacitat d'extensió està relacionada amb la uniformitat i la "suavitat" de la capa de pols després de l'operació de recobriment.Això és molt important, ja que les superfícies llises són més fàcils d'imprimir i es poden examinar amb l'eina GranuDrum amb mesura de l'índex d'adhesió.
Com que els porus són punts febles d'un material, poden provocar esquerdes.La dinàmica d'embalatge és el segon paràmetre crític perquè les pols d'embalatge ràpid tenen una porositat baixa.Aquest comportament s'ha mesurat amb GranuPack amb un valor de n1/2.
La presència d'una càrrega elèctrica a la pols crea forces de cohesió que condueixen a la formació d'aglomerats.GranuCharge mesura la capacitat d'una pols per generar una càrrega electrostàtica en contacte amb un material seleccionat durant el flux.
Durant el processament, GranuCharge pot predir el deteriorament del flux, com ara la formació de capes en AM.Així, les mesures obtingudes són molt sensibles a l'estat de la superfície del gra (oxidació, contaminació i rugositat).L'envelliment de la pols recuperada es pot quantificar amb precisió (± 0,5 nC).
El GranuDrum es basa en el principi d'un tambor giratori i és un mètode programat per mesurar la fluïdesa d'una pols.Un cilindre horitzontal amb parets laterals transparents conté la meitat de la mostra de pols.El tambor gira al voltant del seu eix a una velocitat angular de 2 a 60 rpm, i la càmera CCD fa fotografies (de 30 a 100 imatges a intervals d'1 segon).La interfície aire/pols s'identifica a cada imatge mitjançant un algorisme de detecció de vores.
Calculeu la posició mitjana de la interfície i les oscil·lacions al voltant d'aquesta posició mitjana.Per a cada velocitat de rotació, l'angle de flux (o "angle dinàmic de repòs") αf es calcula a partir de la posició mitjana de la interfície i l'índex d'adhesió dinàmica σf, que fa referència a l'enllaç entre partícules, s'analitza a partir de les fluctuacions de la interfície.
L'angle de flux està influenciat per una sèrie de paràmetres: fricció entre partícules, forma i cohesió (van der Waals, forces electrostàtiques i capil·lars).Les pols cohesionades donen lloc a un flux intermitent, mentre que les pols no cohesionades produeixen un flux regular.Valors més petits de l'angle de flux αf corresponen a bones propietats de flux.Un índex d'adhesió dinàmic proper a zero correspon a una pols no cohesionada, per tant, a mesura que augmenta l'adhesió de la pols, l'índex d'adhesió augmenta en conseqüència.
GranuDrum permet mesurar l'angle de la primera allau i l'aireació de la pols durant el flux, així com mesurar l'índex d'adhesió σf i l'angle de flux αf en funció de la velocitat de rotació.
Les mesures de la densitat a granel GranuPack, la densitat de tapping i la relació Hausner (també anomenades "proves tàctils") són molt populars en la caracterització de pols a causa de la facilitat i velocitat de mesura.La densitat de la pols i la capacitat d'augmentar la seva densitat són paràmetres importants durant l'emmagatzematge, el transport, l'aglomeració, etc. El procediment recomanat es descriu a la Farmacopea.
Aquesta prova senzilla té tres inconvenients principals.Les mesures depenen de l'operador i el mètode d'ompliment afecta el volum inicial de pols.Les mesures visuals del volum poden provocar errors greus en els resultats.A causa de la senzillesa de l'experiment, hem descuidat la dinàmica de compactació entre les dimensions inicial i final.
El comportament de la pols alimentada a la sortida contínua es va analitzar mitjançant equips automatitzats.Mesureu amb precisió el coeficient de Hausner Hr, la densitat inicial ρ(0) i la densitat final ρ(n) després de n clics.
El nombre d'aixetes es fixa normalment en n=500.El GranuPack és un mesurament automatitzat i avançat de la densitat de toc basat en les darreres investigacions dinàmiques.
Es poden utilitzar altres índexs, però no es mostren aquí.La pols es col·loca en tubs metàl·lics i passa per un rigorós procés d'inicialització automàtica.L'extrapolació del paràmetre dinàmic n1/2 i la densitat màxima ρ(∞) es pren de la corba de compactació.
Un cilindre buit lleuger es troba a la part superior del llit de pols per mantenir el nivell de la interfície pols/aire durant la compactació.El tub que conté la mostra de pols puja a una alçada fixa ∆Z i després cau lliurement fins a una alçada, normalment fixada a ∆Z = 1 mm o ∆Z = 3 mm, mesurada automàticament després de cada impacte.Per alçada, podeu calcular el volum V de la pila.
La densitat és la relació entre la massa m i el volum V de la capa de pols.Es coneix la massa de pols m, la densitat ρ s'aplica després de cada llançament.
El coeficient de Hausner Hr està relacionat amb la velocitat de compactació i s'analitza mitjançant l'equació Hr = ρ(500) / ρ(0), on ρ(0) és la densitat aparent inicial i ρ(500) és la densitat de presa calculada després de 500 aixetes.Els resultats són reproduïbles amb una petita quantitat de pols (generalment 35 ml) mitjançant el mètode GranuPack.
Les propietats de la pols i la naturalesa del material del qual està fet el dispositiu són paràmetres clau.Durant el flux, es generen càrregues electrostàtiques a l'interior de la pols, i aquestes càrregues són causades per l'efecte triboelèctric, l'intercanvi de càrregues quan dos sòlids entren en contacte.
Quan la pols flueix dins del dispositiu, es produeixen efectes triboelèctrics al contacte entre les partícules i al contacte entre la partícula i el dispositiu.
En entrar en contacte amb el material seleccionat, el GranuCharge mesura automàticament la quantitat de càrrega electrostàtica generada dins de la pols durant el flux.Una mostra de la pols flueix en un tub en V vibrant i cau en una tassa de Faraday connectada a un electròmetre que mesura la càrrega que adquireix la pols mentre es mou pel tub en V.Per obtenir resultats reproduïbles, alimenteu el tub en V amb freqüència amb un dispositiu giratori o vibratori.
L'efecte triboelèctric fa que un objecte guanyi electrons a la seva superfície i, per tant, es carregui negativament, mentre que un altre objecte perd electrons i, per tant, es carrega positivament.Alguns materials guanyen electrons amb més facilitat que altres, i de la mateixa manera, altres materials els perden amb més facilitat.
Quin material esdevé negatiu i quin esdevé positiu depèn de la tendència relativa dels materials implicats a guanyar o perdre electrons.Per representar aquestes tendències, es va desenvolupar la sèrie triboelèctrica que es mostra a la taula 1.S'enumeren els materials que tendeixen a tenir una càrrega positiva i altres que tendeixen a tenir una càrrega negativa, mentre que els materials que no presenten tendències de comportament s'enumeren al centre de la taula.
D'altra banda, aquesta taula només proporciona informació sobre la tendència del comportament de càrrega del material, per la qual cosa GranuCharge es va crear per proporcionar valors precisos del comportament de càrrega de pols.
Es van realitzar diversos experiments per analitzar la descomposició tèrmica.Les mostres es van deixar a 200 °C durant una o dues hores.La pols s'analitza immediatament amb GranuDrum (nom tèrmic).A continuació, la pols es col·loca en un recipient fins que arriba a la temperatura ambient i després s'analitza amb GranuDrum, GranuPack i GranuCharge (és a dir, "fred").
Les mostres en brut es van analitzar mitjançant GranuPack, GranuDrum i GranuCharge a la mateixa humitat/temperatura ambient, és a dir, humitat relativa 35,0 ± 1,5% i temperatura 21,0 ± 1,0 °C.
L'índex de cohesió calcula la fluïdesa d'una pols i es correlaciona amb els canvis de posició de la interfície (pols/aire), que reflecteixen només tres forces de contacte (van der Waals, capil·lar i electrostàtica).Abans de l'experiment, registreu la humitat relativa (RH, %) i la temperatura (°C).A continuació, aboqueu la pols al recipient del tambor i inicieu l'experiment.
Vam concloure que aquests productes no eren sensibles a l'aglomeració quan es consideren els paràmetres tixotròpics.Curiosament, l'estrès tèrmic va canviar el comportament reològic de les pols de les mostres A i B de l'engrossiment per cisalla a l'aprimament per cisalla.D'altra banda, les mostres C i SS 316L no es van veure afectades per la temperatura i només van mostrar un espessiment de cisalla.Cada pols va mostrar una millor extensibilitat (és a dir, un índex de cohesió més baix) després de l'escalfament i el refredament.
L'efecte de la temperatura també depèn de la superfície específica de les partícules.Com més gran sigui la conductivitat tèrmica del material, més gran serà l'efecte sobre la temperatura (és a dir, ???225°?=250?.?-1.?-1) i ?316?225°?=19?.?-1.?-1), com més petites siguin les partícules, més important serà l'efecte de la temperatura.Treballar a temperatures elevades és una bona opció per a les pols d'aliatge d'alumini a causa de la seva major capacitat d'extensió, i les mostres refredades aconsegueixen una fluïdesa encara millor en comparació amb les pols prístina.
Per a cada experiment GranuPack, el pes de la pols es va registrar abans de cada experiment i la mostra es va sotmetre a 500 impactes amb una freqüència d'impacte d'1 Hz amb una caiguda lliure de la cèl·lula de mesura d'1 mm (energia d'impacte ∝).Les mostres es distribueixen a les cèl·lules de mesura segons instruccions de programari independents de l'usuari.Les mesures es van repetir dues vegades per avaluar la reproductibilitat i per examinar la mitjana i la desviació estàndard.
Un cop finalitzada l'anàlisi GranuPack, la densitat d'empaquetament inicial (ρ(0)), la densitat d'empaquetament final (en diversos clics, n = 500, és a dir, ρ(500)), la relació Hausner/índex de Carr (Hr/Cr) i dos enregistrats. paràmetres (n1/2 i τ) relacionats amb la dinàmica de compactació.També es mostra la densitat òptima ρ(∞) (vegeu l'apèndix 1).La taula següent reorganitza les dades experimentals.
Les figures 6 i 7 mostren les corbes de compactació globals (densitat aparent en funció del nombre d'impactes) i la relació de paràmetres n1/2/Hausner.Les barres d'error calculades mitjançant mitjanes es mostren a cada corba i les desviacions estàndard es van calcular a partir de proves de repetibilitat.
El producte d'acer inoxidable 316L va ser el producte més pesat (ρ(0) = 4,554 g/mL).Pel que fa a la densitat de la presa, SS 316L segueix sent la pols més pesada (ρ(n) = 5,044 g/mL), seguida de la mostra A (ρ(n) = 1,668 g/mL), seguida de la mostra B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).La mostra C va ser la més baixa (ρ(n) = 1,581 g/mL).Segons la densitat aparent de la pols inicial, veiem que la mostra A és la més lleugera, i tenint en compte l'error (1,380 g/ml), les mostres B i C tenen aproximadament el mateix valor.
Quan s'escalfa la pols, la seva relació Hausner disminueix, cosa que només es produeix per a les mostres B, C i SS 316L.Per a la mostra A, això no es pot fer a causa de la mida de les barres d'error.Per a n1/2, les tendències dels paràmetres són més difícils d'identificar.Per a la mostra A i SS 316L, el valor de n1/2 va disminuir després de 2 h a 200 °C, mentre que per a les pols B i C va augmentar després de la càrrega tèrmica.
Es va utilitzar un alimentador vibratori per a cada experiment GranuCharge (vegeu la figura 8).Utilitzeu tubs d'acer inoxidable 316L.Les mesures es van repetir 3 vegades per avaluar la reproductibilitat.El pes del producte utilitzat per a cada mesura va ser d'aproximadament 40 ml i no es va recuperar cap pols després de la mesura.
Abans de l'experiment, es registra el pes de la pols (mp, g), la humitat relativa de l'aire (RH, %) i la temperatura (°C).Al començament de la prova, mesura la densitat de càrrega de la pols primària (q0 en µC/kg) introduint la pols a la tassa de Faraday.Finalment, registreu la massa de la pols i calculeu la densitat de càrrega final (qf, µC/kg) i Δq (Δq = qf – q0) al final de l'experiment.
Les dades brutes de GranuCharge es mostren a la taula 2 i a la figura 9 (σ és la desviació estàndard calculada a partir dels resultats de la prova de reproductibilitat) i els resultats es presenten com a histogrames (només es mostren q0 i Δq).El SS 316L tenia el cost inicial més baix;això pot ser degut al fet que aquest producte té el PSD més alt.Pel que fa a la quantitat de càrrega inicial de la pols d'aliatge d'alumini primari, no es poden extreure conclusions a causa de la mida dels errors.
Després del contacte amb la canonada d'acer inoxidable 316L, la mostra A va adquirir la menor quantitat de càrrega en comparació amb les pols B i C, cosa que posa de manifest una tendència similar, quan es frega la pols SS 316L amb SS 316L, es troba una densitat de càrrega propera a 0 (vegeu triboelèctrics). sèrie).El producte B encara està més carregat que A. Per a la mostra C, la tendència continua (càrrega inicial positiva i càrrega final després de la fuga), però el nombre de càrregues augmenta després de la degradació tèrmica.
Després de 2 hores d'estrès tèrmic a 200 °C, el comportament de la pols esdevé espectacular.A les mostres A i B, la càrrega inicial disminueix i la càrrega final canvia de negativa a positiva.La pols SS 316L tenia la càrrega inicial més alta i el seu canvi de densitat de càrrega es va convertir en positiu, però es va mantenir baix (és a dir, 0,033 nC/g).
Es va investigar l'efecte de la degradació tèrmica sobre el comportament combinat de l'aliatge d'alumini (AlSi10Mg) i les pols d'acer inoxidable 316L mentre analitzàvem les pols originals a l'aire ambient després de 2 hores a 200 °C.
L'ús de pols a alta temperatura pot millorar l'extensió del producte, i aquest efecte sembla ser més important per a pols amb gran superfície específica i materials amb alta conductivitat tèrmica.Es va utilitzar GranuDrum per avaluar el flux, GranuPack per a l'anàlisi dinàmica d'ompliment i GranuCharge per analitzar la triboelectricitat de la pols en contacte amb tubs d'acer inoxidable 316L.
Aquests resultats es van establir mitjançant GranuPack, que mostra la millora del coeficient de Hausner per a cada pols (a excepció de la mostra A per error de mida) després del procés d'estrès tèrmic.Tenint en compte els paràmetres d'embalatge (n1/2), no hi va haver tendències clares, ja que alguns productes van mostrar un augment de la velocitat d'embalatge mentre que altres van tenir un efecte de contrast (per exemple, les mostres B i C).
Hora de publicació: 10-gen-2023