Usamos cookies para mellorar a túa experiencia.Ao continuar navegando neste sitio, aceptas o noso uso de cookies.Información adicional.
A fabricación aditiva (AM) implica a creación de obxectos tridimensionais, unha capa ultrafina á vez, o que o fai máis caro que o mecanizado tradicional.Non obstante, só unha pequena parte do po depositado durante o proceso de montaxe está soldada no compoñente.O resto entón non se derrete, polo que pode ser reutilizado.En cambio, se o obxecto é creado de forma clásica, adoita ser necesaria a eliminación de material mediante fresado e mecanizado.
As características do po determinan os parámetros da máquina e deben considerarse primeiro.O custo da AM sería antieconómico dado que o po non fundido está contaminado e non é reciclable.Os danos nos po dan lugar a dous fenómenos: a modificación química do produto e os cambios nas propiedades mecánicas como a morfoloxía e a distribución do tamaño das partículas.
No primeiro caso, a tarefa principal é crear estruturas sólidas que conteñan aliaxes puras, polo que hai que evitar a contaminación do po, por exemplo, con óxidos ou nitruros.Neste último caso, estes parámetros están asociados á fluidez e á espallabilidade.Polo tanto, calquera cambio nas propiedades do po pode levar a unha distribución non uniforme do produto.
Os datos de publicacións recentes indican que os caudalímetros clásicos non poden proporcionar información adecuada sobre a fluidez do po na produción de aditivos para leito de po.En canto á caracterización de materias primas (ou po), existen no mercado varios métodos de medición axeitados que poden satisfacer este requisito.O estado de tensión e o campo de fluxo de po deben ser os mesmos na célula de medida e no proceso.A presenza de cargas de compresión é incompatible co fluxo de superficie libre utilizado nos dispositivos AM en probadores de células de cizallamento e reómetros clásicos.
GranuTools desenvolveu fluxos de traballo para a caracterización de po na fabricación aditiva.O noso obxectivo principal era ter unha ferramenta por xeometría para un modelado de procesos preciso, e este fluxo de traballo utilizouse para comprender e seguir a evolución da calidade do po en varias pasadas de impresión.Seleccionáronse varias aliaxes de aluminio estándar (AlSi10Mg) para diferentes duracións a diferentes cargas térmicas (de 100 a 200 °C).
A degradación térmica pódese controlar analizando a capacidade do po para almacenar unha carga.Analizáronse os pos para a fluidez (instrumento GranuDrum), a cinética de empaquetamento (instrumento GranuPack) e o comportamento electrostático (instrumento GranuCharge).As medidas de cohesión e cinética de empaquetamento están dispoñibles para as seguintes masas de po.
Os po que se espallan facilmente experimentarán un baixo índice de cohesión, mentres que os po con dinámica de recheo rápida producirán pezas mecánicas con menos porosidade en comparación cos produtos que son máis difíciles de encher.
Seleccionáronse tres po de aliaxe de aluminio (AlSi10Mg) almacenados no noso laboratorio durante varios meses, con diferentes distribucións de tamaño de partículas, e unha mostra de aceiro inoxidable 316L, denominada aquí mostras A, B e C.As características das mostras poden diferir doutras.fabricantes.A distribución do tamaño das partículas da mostra foi medida mediante análise de difracción láser/ISO 13320.
Dado que controlan os parámetros da máquina, primeiro hai que ter en conta as propiedades do po, e se consideramos que o po non fundido está contaminado e non reciclable, o custo da fabricación aditiva non será tan económico como nos gustaría.Polo tanto, investigaranse tres parámetros: fluxo de po, cinética de empaquetamento e electrostática.
A estendibilidade está relacionada coa uniformidade e "suavidade" da capa de po despois da operación de recubrimento.Isto é moi importante xa que as superficies lisas son máis fáciles de imprimir e pódense examinar coa ferramenta GranuDrum con medición do índice de adhesión.
Debido a que os poros son puntos débiles dun material, poden provocar fendas.A dinámica de envasado é o segundo parámetro crítico porque os po de envasado rápido teñen baixa porosidade.Este comportamento foi medido con GranuPack cun valor de n1/2.
A presenza dunha carga eléctrica no po crea forzas de cohesión que conducen á formación de aglomerados.GranuCharge mide a capacidade dun po para xerar unha carga electrostática ao entrar en contacto cun material seleccionado durante o fluxo.
Durante o procesamento, GranuCharge pode predecir o deterioro do fluxo, como a formación de capas en AM.Así, as medidas obtidas son moi sensibles ao estado da superficie do gran (oxidación, contaminación e rugosidade).O envellecemento do po recuperado pódese cuantificar con precisión (±0,5 nC).
O GranuDrum baséase no principio dun tambor xiratorio e é un método programado para medir a fluidez dun po.Un cilindro horizontal con paredes laterais transparentes contén a metade da mostra de po.O tambor xira ao redor do seu eixe a unha velocidade angular de 2 a 60 rpm, e a cámara CCD toma imaxes (de 30 a 100 imaxes a intervalos de 1 segundo).A interface aire/po identifícase en cada imaxe mediante un algoritmo de detección de bordos.
Calcula a posición media da interface e as oscilacións arredor desta posición media.Para cada velocidade de rotación, o ángulo de fluxo (ou "ángulo dinámico de repouso") αf calcúlase a partir da posición media da interface, e o índice de adhesión dinámica σf, que se refire á unión entre partículas, analízase a partir das flutuacións da interface.
O ángulo de fluxo está influenciado por unha serie de parámetros: rozamento entre partículas, forma e cohesión (van der Waals, forzas electrostáticas e capilares).Os po cohesivos dan lugar a un fluxo intermitente, mentres que os po non cohesivos producen un fluxo regular.Os valores máis pequenos do ángulo de fluxo αf corresponden a boas propiedades de fluxo.Un índice de adhesión dinámico próximo a cero corresponde a un po non cohesivo, polo tanto, a medida que aumenta a adhesión do po, o índice de adhesión aumenta en consecuencia.
GranuDrum permite medir o ángulo da primeira avalancha e a aireación do po durante o fluxo, así como medir o índice de adhesión σf e o ángulo de fluxo αf dependendo da velocidade de rotación.
As medicións de densidade a granel, densidade de tapping e relación de Hausner de GranuPack (tamén chamadas "probas táctiles") son moi populares na caracterización de po debido á facilidade e velocidade de medición.A densidade do po e a capacidade de aumentar a súa densidade son parámetros importantes durante o almacenamento, o transporte, a aglomeración, etc. O procedemento recomendado descríbese na Farmacopea.
Esta proba sinxela ten tres grandes inconvenientes.As medicións dependen do operador e o método de recheo afecta o volume inicial de po.As medicións visuais do volume poden provocar erros graves nos resultados.Debido á sinxeleza do experimento, descoidamos a dinámica de compactación entre as dimensións inicial e final.
Analizouse o comportamento do po introducido na saída continua mediante equipos automatizados.Mida con precisión o coeficiente de Hausner Hr, a densidade inicial ρ(0) e a densidade final ρ(n) despois de n clics.
O número de billas adoita fixarse en n=500.O GranuPack é unha medición de densidade de toques automatizada e avanzada baseada nas últimas investigacións dinámicas.
Pódense usar outros índices, pero non están listados aquí.O po colócase en tubos metálicos e pasa por un rigoroso proceso de inicialización automática.A extrapolación do parámetro dinámico n1/2 e da densidade máxima ρ(∞) tómase da curva de compactación.
Un cilindro oco lixeiro sitúase na parte superior do leito de po para manter o nivel da interface po/aire durante a compactación.O tubo que contén a mostra en po sobe ata unha altura fixa ∆Z e despois cae libremente ata unha altura, normalmente fixada en ∆Z = 1 mm ou ∆Z = 3 mm, medida automaticamente despois de cada impacto.Pola altura, pódese calcular o volume V da pila.
A densidade é a relación entre a masa m e o volume V da capa de po.Coñécese a masa de po m, a densidade ρ aplícase despois de cada liberación.
O coeficiente de Hausner Hr está relacionado coa taxa de compactación e analízase pola ecuación Hr = ρ(500) / ρ(0), onde ρ(0) é a densidade aparente inicial e ρ(500) é a densidade de toma calculada despois de 500 toques.Os resultados son reproducibles cunha pequena cantidade de po (xeralmente 35 ml) utilizando o método GranuPack.
As propiedades do po e a natureza do material do que está feito o dispositivo son parámetros fundamentais.Durante o fluxo, no interior do po xéranse cargas electrostáticas, e estas cargas son causadas polo efecto triboeléctrico, o intercambio de cargas cando dous sólidos entran en contacto.
Cando o po flúe dentro do dispositivo, prodúcense efectos triboeléctricos no contacto entre as partículas e no contacto entre a partícula e o dispositivo.
Ao contacto co material seleccionado, o GranuCharge mide automaticamente a cantidade de carga electrostática xerada dentro do po durante o fluxo.Unha mostra do po flúe nun tubo en V vibrante e cae nunha cunca de Faraday conectada a un electrómetro que mide a carga que adquire o po mentres se move polo tubo en V.Para obter resultados reproducibles, alimente o tubo en V con frecuencia cun dispositivo xiratorio ou vibratorio.
O efecto triboeléctrico fai que un obxecto gañe electróns na súa superficie e, polo tanto, estea cargado negativamente, mentres que outro obxecto perde electróns e, polo tanto, está cargado positivamente.Algúns materiais gañan electróns máis facilmente que outros e, do mesmo xeito, outros materiais perden electróns máis facilmente.
Que material se fai negativo e cal se fai positivo depende da tendencia relativa dos materiais implicados a gañar ou perder electróns.Para representar estas tendencias, desenvolveuse a serie triboeléctrica que se mostra na Táboa 1.Enuméranse os materiais que tenden a estar cargados positivamente e outros que adoitan estar cargados negativamente, mentres que no medio da táboa figuran os materiais que non presentan tendencias de comportamento.
Por outra banda, esta táboa só proporciona información sobre a tendencia do comportamento da carga do material, polo que GranuCharge foi creado para proporcionar valores precisos para o comportamento da carga do po.
Realizáronse varios experimentos para analizar a descomposición térmica.As mostras deixáronse a 200 °C durante unha ou dúas horas.A continuación, o po analízase inmediatamente con GranuDrum (nome térmico).Despois colócase o po nun recipiente ata que alcance a temperatura ambiente e despois analízase mediante GranuDrum, GranuPack e GranuCharge (é dicir, "frío").
As mostras en bruto analizáronse mediante GranuPack, GranuDrum e GranuCharge á mesma humidade/temperatura ambiente, é dicir, humidade relativa 35,0 ± 1,5% e temperatura 21,0 ± 1,0 °C.
O índice de cohesión calcula a fluidez dun po e correlaciona cos cambios na posición da interface (po/aire), que reflicten só tres forzas de contacto (van der Waals, capilar e electrostática).Antes do experimento, rexistre a humidade relativa (RH, %) e a temperatura (°C).A continuación, verte o po no recipiente do bidón e comeza o experimento.
Concluímos que estes produtos non eran sensibles ao aglomerado ao considerar os parámetros tixotrópicos.Curiosamente, o estrés térmico cambiou o comportamento reolóxico dos po das mostras A e B de espesamento por cizalla a adelgazamento por cizalla.Por outra banda, as mostras C e SS 316L non se viron afectadas pola temperatura e só mostraron espesamento por cizallamento.Cada po mostrou mellor espallabilidade (é dicir, menor índice de cohesión) despois do quecemento e arrefriamento.
O efecto da temperatura tamén depende da superficie específica das partículas.Canto maior sexa a condutividade térmica do material, maior será o efecto sobre a temperatura (é dicir, ???225°?=250?.?-1.?-1) e ?316?225°?=19?.?-1.?-1), canto máis pequenas sexan as partículas, máis importante será o efecto da temperatura.Traballar a temperaturas elevadas é unha boa opción para os po de aliaxe de aluminio debido á súa maior capacidade de propagación, e as mostras arrefriadas conseguen unha fluidez aínda mellor en comparación cos po prístino.
Para cada experimento GranuPack, o peso do po foi rexistrado antes de cada experimento, e a mostra foi sometida a 500 impactos cunha frecuencia de impacto de 1 Hz cunha caída libre da célula de medición de 1 mm (enerxía de impacto ∝).As mostras son dispensadas nas celas de medición segundo instrucións de software independentes do usuario.Despois repetiron as medicións dúas veces para avaliar a reproducibilidade e examinar a media e a desviación estándar.
Despois de completar a análise GranuPack, a densidade de empaquetamento inicial (ρ(0)), a densidade de empaquetamento final (en varios clics, n = 500, é dicir, ρ(500)), relación de Hausner/índice de Carr (Hr/Cr) e dous rexistrados. parámetros (n1/2 e τ) relacionados coa dinámica de compactación.Tamén se mostra a densidade óptima ρ(∞) (ver apéndice 1).A seguinte táboa reorganiza os datos experimentais.
As figuras 6 e 7 mostran as curvas de compactación globais (densidade aparente fronte ao número de impactos) e a relación dos parámetros n1/2/Hausner.As barras de erro calculadas usando medias móstranse en cada curva, e as desviacións estándar calculáronse a partir das probas de repetibilidade.
O produto de aceiro inoxidable 316L foi o produto máis pesado (ρ(0) = 4,554 g/mL).En termos de densidade de golpe, o SS 316L segue sendo o po máis pesado (ρ(n) = 5,044 g/mL), seguido da mostra A (ρ(n) = 1,668 g/mL), seguida da mostra B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).A mostra C foi a máis baixa (ρ(n) = 1,581 g/mL).Segundo a densidade aparente do po inicial, vemos que a mostra A é a máis lixeira e, tendo en conta o erro (1,380 g/ml), as mostras B e C teñen aproximadamente o mesmo valor.
Cando se quenta o po, a súa proporción de Hausner diminúe, o que ocorre só para as mostras B, C e SS 316L.Para a mostra A, isto non se pode facer debido ao tamaño das barras de erro.Para n1/2, as tendencias dos parámetros son máis difíciles de identificar.Para a mostra A e SS 316L, o valor de n1/2 diminuíu despois de 2 h a 200 °C, mentres que para os po B e C aumentou despois da carga térmica.
Utilizouse un alimentador vibratorio para cada experimento GranuCharge (ver Figura 8).Use tubo de aceiro inoxidable 316L.As medicións repítense 3 veces para avaliar a reproducibilidade.O peso do produto utilizado para cada medición foi de aproximadamente 40 ml e non se recuperou ningún po despois da medición.
Antes do experimento, rexístranse o peso do po (mp, g), a humidade relativa do aire (RH, %) e a temperatura (°C).Ao comezo da proba, mida a densidade de carga do po primario (q0 en µC/kg) introducindo o po no vaso de Faraday.Finalmente, rexistra a masa do po e calcula a densidade de carga final (qf, µC/kg) e Δq (Δq = qf – q0) ao final do experimento.
Os datos brutos de GranuCharge móstranse na táboa 2 e na figura 9 (σ é a desviación estándar calculada a partir dos resultados da proba de reproducibilidade) e os resultados preséntanse como histogramas (só se mostran q0 e Δq).O SS 316L tivo o custo inicial máis baixo;isto pode deberse ao feito de que este produto ten o PSD máis alto.En canto á cantidade de carga inicial do po de aliaxe de aluminio primario, non se poden extraer conclusións debido ao tamaño dos erros.
Despois do contacto co tubo de aceiro inoxidable 316L, a mostra A adquiriu a menor cantidade de carga en comparación cos po B e C, o que destaca unha tendencia similar, cando se frota o po SS 316L con SS 316L, atópase unha densidade de carga próxima a 0 (ver triboeléctrico). serie).O produto B aínda está máis cargado que A. Para a mostra C, a tendencia continúa (carga inicial positiva e carga final despois da fuga), pero o número de cargas aumenta despois da degradación térmica.
Despois de 2 horas de estrés térmico a 200 °C, o comportamento do po faise espectacular.Nas mostras A e B, a carga inicial diminúe e a carga final cambia de negativa a positiva.O po SS 316L tivo a carga inicial máis alta e o seu cambio de densidade de carga fíxose positivo pero mantívose baixo (é dicir, 0,033 nC/g).
Investigamos o efecto da degradación térmica no comportamento combinado de aliaxes de aluminio (AlSi10Mg) e po de aceiro inoxidable 316L mentres analizamos os po orixinais no aire ambiente despois de 2 horas a 200 °C.
O uso de po a alta temperatura pode mellorar a capacidade de propagación do produto, e este efecto parece ser máis importante para os po con gran superficie específica e materiais con alta condutividade térmica.Utilizouse GranuDrum para avaliar o fluxo, GranuPack para a análise dinámica de recheo e GranuCharge para analizar a triboelectricidade do po en contacto con tubos de aceiro inoxidable 316L.
Estes resultados establecéronse mediante GranuPack, que mostra a mellora do coeficiente de Hausner para cada po (a excepción da mostra A debido ao erro de tamaño) despois do proceso de tensión térmica.Observando os parámetros de envasado (n1/2), non houbo tendencias claras xa que algúns produtos mostraron un aumento da velocidade de envasado mentres que outros tiveron un efecto de contraste (por exemplo, as mostras B e C).
Hora de publicación: 10-xan-2023