Käytämme evästeitä parantaaksemme käyttökokemustasi.Jatkamalla tämän sivuston selaamista hyväksyt evästeiden käytön.Lisäinformaatio.
Additiivisen valmistuksen (AM) avulla luodaan kolmiulotteisia esineitä, yksi ultraohut kerros kerrallaan, mikä tekee siitä perinteistä koneistusta kalliimpaa.Kuitenkin vain pieni osa kokoonpanoprosessin aikana kerrostuneesta jauheesta juotetaan komponenttiin.Loput eivät sitten sula, joten ne voidaan käyttää uudelleen.Sitä vastoin, jos esine on luotu klassisesti, materiaalin poistaminen jyrsimällä ja koneistamalla vaaditaan yleensä.
Jauheen ominaisuudet määräävät koneen parametrit, ja ne on otettava huomioon ensin.AM:n kustannukset olisivat epätaloudellisia, koska sulamaton jauhe on saastunutta eikä sitä voida kierrättää.Jauheen vaurioituminen johtaa kahteen ilmiöön: tuotteen kemialliseen muuntumiseen ja mekaanisten ominaisuuksien, kuten morfologian ja hiukkaskokojakauman, muutoksiin.
Ensimmäisessä tapauksessa päätehtävänä on luoda kiinteitä rakenteita, jotka sisältävät puhtaita seoksia, joten meidän on vältettävä jauheen saastumista esimerkiksi oksideilla tai nitrideillä.Jälkimmäisessä tapauksessa nämä parametrit liittyvät juoksevuuteen ja levittävyyteen.Siksi kaikki muutokset jauheen ominaisuuksissa voivat johtaa tuotteen epätasaiseen jakautumiseen.
Viimeaikaisten julkaisujen tiedot osoittavat, että klassiset virtausmittarit eivät pysty antamaan riittävästi tietoa jauheen juoksevuudesta jauhepetin lisäaineiden valmistuksessa.Mitä tulee raaka-aineiden (tai jauheiden) karakterisointiin, markkinoilla on useita sopivia mittausmenetelmiä, jotka voivat täyttää tämän vaatimuksen.Jännitystilan ja jauheen virtauskentän tulee olla samat mittakennossa ja prosessissa.Puristuskuormien esiintyminen ei ole yhteensopiva leikkauskennojen testaajien ja klassisten reometrien AM-laitteissa käytetyn vapaan pintavirtauksen kanssa.
GranuTools on kehittänyt työnkulkuja jauheiden karakterisointiin lisäainevalmistuksessa.Päätavoitteemme oli saada yksi työkalu per geometria tarkkaa prosessin mallintamista varten, ja tätä työnkulkua käytettiin jauhelaadun kehityksen ymmärtämiseen ja seuraamiseen useiden tulosteiden aikana.Useita vakioalumiiniseoksia (AlSi10Mg) valittiin eri pituisille lämpökuormituksille (100 - 200 °C).
Lämpöhajoamista voidaan hallita analysoimalla jauheen kykyä varastoida varausta.Jauheista analysoitiin juoksevuus (GranuDrum-laite), pakkauskinetiikka (GranuPack-laite) ja sähköstaattinen käyttäytyminen (GranuCharge-laite).Koheesio- ja pakkauskinetiikan mittaukset ovat saatavilla seuraaville jauhemassoille.
Helposti leviävät jauheet kokevat alhaisen koheesioindeksin, kun taas jauheet, joilla on nopea täyttödynamiikka, tuottavat mekaanisia osia, joiden huokoisuus on vaikeampi täyttää.
Valittiin kolme useiden kuukausien ajan laboratoriossamme säilytettyä alumiiniseosjauhetta (AlSi10Mg), joilla oli eri hiukkaskokojakaumat, sekä yksi 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistettu näyte, joita kutsutaan tässä näytteeksi A, B ja C.Näytteiden ominaisuudet voivat poiketa muista.valmistajat.Näytteen hiukkaskokojakauma mitattiin laserdiffraktioanalyysillä/ISO 13320.
Koska ne ohjaavat koneen parametreja, jauheen ominaisuudet on otettava huomioon ensin, ja jos katsomme sulamattoman jauheen saastuneeksi ja kierrätettäväksi, ei lisäainevalmistuksen kustannukset ole niin taloudellisia kuin haluaisimme.Siksi tutkitaan kolmea parametria: jauheen virtaus, pakkauskinetiikka ja sähköstaattinen ominaisuus.
Levitettävyys liittyy jauhekerroksen tasaisuuteen ja "silevyyteen" uudelleenpinnoituksen jälkeen.Tämä on erittäin tärkeää, koska sileät pinnat on helpompi tulostaa ja niitä voidaan tutkia GranuDrum-työkalulla adheesioindeksimittauksella.
Koska huokoset ovat materiaalin heikkoja kohtia, ne voivat aiheuttaa halkeamia.Pakkausdynamiikka on toinen kriittinen parametri, koska nopeilla pakkausjauheilla on alhainen huokoisuus.Tämä käyttäytyminen on mitattu GranuPackilla arvolla n1/2.
Sähkövarauksen läsnäolo jauheessa luo koheesiovoimia, jotka johtavat agglomeraattien muodostumiseen.GranuCharge mittaa jauheen kykyä synnyttää sähköstaattista varausta kosketuksessa valitun materiaalin kanssa virtauksen aikana.
Käsittelyn aikana GranuCharge voi ennustaa virtauksen heikkenemistä, kuten kerroksen muodostumista AM:ssä.Siten saadut mittaukset ovat erittäin herkkiä raepinnan tilaan (hapettuminen, kontaminaatio ja karheus).Talteenotetun jauheen ikääntyminen voidaan sitten määrittää tarkasti (±0,5 nC).
GranuDrum perustuu pyörivän rummun periaatteeseen ja on ohjelmoitu menetelmä jauheen juoksevuuden mittaamiseen.Vaakasuora sylinteri, jossa on läpinäkyvät sivuseinämät, sisältää puolet jauhenäytteestä.Rumpu pyörii akselinsa ympäri kulmanopeudella 2-60 rpm, ja CCD-kamera ottaa kuvia (30-100 kuvaa 1 sekunnin välein).Ilma/jauhe-rajapinta tunnistetaan jokaisessa kuvassa reunantunnistusalgoritmin avulla.
Laske rajapinnan keskimääräinen sijainti ja tämän keskimääräisen sijainnin ympärillä olevat värähtelyt.Kullekin pyörimisnopeudelle virtauskulma (tai "dynaaminen lepokulma") αf lasketaan keskimääräisestä rajapinnasta ja dynaaminen adheesioindeksi σf, joka viittaa hiukkasten väliseen sitoutumiseen, analysoidaan rajapinnan vaihteluista.
Virtauskulmaan vaikuttavat useat parametrit: hiukkasten välinen kitka, muoto ja koheesio (van der Waals, sähköstaattiset ja kapillaarivoimat).Kohesiiviset jauheet johtavat ajoittaiseen virtaukseen, kun taas ei-kohesiiviset jauheet johtavat säännölliseen virtaukseen.Pienemmät virtauskulman αf arvot vastaavat hyviä virtausominaisuuksia.Nollaa lähellä oleva dynaaminen adheesioindeksi vastaa ei-kohesiivista jauhetta, joten jauheen tarttuvuuden kasvaessa adheesioindeksi kasvaa vastaavasti.
GranuDrumin avulla voit mitata ensimmäisen lumivyöryn kulman ja jauheen ilmastuksen virtauksen aikana sekä mitata adheesioindeksin σf ja virtauskulman αf pyörimisnopeudesta riippuen.
GranuPack-bulkkitiheyden, koputustiheyden ja Hausner-suhteen mittaukset (kutsutaan myös "kosketustesteiksi") ovat erittäin suosittuja jauheen karakterisoinnissa mittauksen helppouden ja nopeuden vuoksi.Jauheen tiheys ja kyky lisätä sen tiheyttä ovat tärkeitä parametreja varastoinnin, kuljetuksen, agglomeroinnin jne. aikana. Suositeltu menettely on kuvattu farmakopeassa.
Tällä yksinkertaisella testillä on kolme suurta haittaa.Mittaukset ovat käyttäjäkohtaisia ja täyttötapa vaikuttaa alkuperäiseen jauhetilavuuteen.Silmämääräiset tilavuuden mittaukset voivat johtaa vakaviin virheisiin tuloksissa.Kokeen yksinkertaisuuden vuoksi jätimme huomiotta tiivistysdynamiikan alku- ja loppumittojen välillä.
Jatkuvaan poistoaukkoon syötetyn jauheen käyttäytyminen analysoitiin automaattisella laitteistolla.Mittaa tarkasti Hausner-kerroin Hr, alkutiheys ρ(0) ja lopullinen tiheys ρ(n) n napsautuksen jälkeen.
Tapausten lukumäärä on yleensä kiinteä n=500.GranuPack on uusimpaan dynaamiseen tutkimukseen perustuva automaattinen ja edistynyt kierteitystiheyden mittaus.
Muita indeksejä voidaan käyttää, mutta niitä ei ole lueteltu tässä.Jauhe laitetaan metalliputkiin ja käy läpi tiukan automaattisen alustusprosessin.Dynaamisen parametrin n1/2 ja maksimitiheyden ρ(∞) ekstrapolointi otetaan tiivistymiskäyrästä.
Jauhepedin päällä on kevyt ontto sylinteri, joka pitää jauhe-ilmarajapinnan tasaisena tiivistyksen aikana.Jauhenäytteen sisältävä putki nousee kiinteään korkeuteen ∆Z ja putoaa sitten vapaasti korkeuteen, joka on yleensä kiinteä ∆Z = 1 mm tai ∆Z = 3 mm, mitattuna automaattisesti jokaisen iskun jälkeen.Korkeuden perusteella voit laskea paalun tilavuuden V.
Tiheys on massan m suhde jauhekerroksen tilavuuteen V.Jauhemassa m tunnetaan, tiheys ρ lasketaan jokaisen vapautumisen jälkeen.
Hausner-kerroin Hr liittyy tiivistymisnopeuteen ja analysoidaan yhtälöllä Hr = ρ(500) / ρ(0), jossa ρ(0) on alkuperäinen irtotiheys ja ρ(500) on laskettu tärytiheys 500:n jälkeen. hanat.Tulokset ovat toistettavissa pienellä määrällä jauhetta (yleensä 35 ml) GranuPack-menetelmällä.
Avainparametreja ovat jauheen ominaisuudet ja materiaalin luonne, josta laite on valmistettu.Virtauksen aikana jauheen sisällä syntyy sähköstaattisia varauksia, jotka aiheutuvat tribosähköisestä vaikutuksesta eli varausten vaihdosta kahden kiinteän aineen joutuessa kosketuksiin.
Kun jauhe virtaa laitteen sisällä, hiukkasten välisessä kosketuksessa sekä hiukkasen ja laitteen välisessä kosketuksessa esiintyy tribosähköisiä vaikutuksia.
Joutuessaan kosketuksiin valitun materiaalin kanssa GranuCharge mittaa automaattisesti jauheen sisällä virtauksen aikana syntyneen sähköstaattisen varauksen määrän.Näyte jauheesta virtaa värähtelevässä V-putkessa ja putoaa Faraday-kuppiin, joka on yhdistetty elektrometriin, joka mittaa varauksen, jonka jauhe kerää liikkuessaan V-putken läpi.Toistettavia tuloksia varten syötä V-putkea usein pyörivällä tai tärisevällä laitteella.
Tribosähköinen vaikutus saa yhden esineen saamaan elektroneja pinnalle ja siten varautumaan negatiivisesti, kun taas toinen esine menettää elektroneja ja on siksi varautunut positiivisesti.Jotkut materiaalit saavat elektroneja helpommin kuin toiset, ja vastaavasti toiset materiaalit menettävät elektroneja helpommin.
Mikä materiaali tulee negatiiviseksi ja mikä positiiviseksi, riippuu mukana olevien materiaalien suhteellisesta taipumuksesta saada tai menettää elektroneja.Näiden suuntausten edustamiseksi kehitettiin taulukossa 1 esitetty tribosähköinen sarja.Materiaalit, joilla on taipumus olla positiivisesti varautuneita, ja muut, joilla on taipumus olla negatiivisesti varautuneita, on lueteltu, kun taas materiaalit, joilla ei ole taipumusta käyttäytymiseen, on lueteltu taulukon keskellä.
Toisaalta tämä taulukko tarjoaa vain tietoa materiaalin varauskäyttäytymisen trendistä, joten GranuCharge luotiin antamaan tarkat arvot jauhevarauksen käyttäytymiselle.
Useita kokeita suoritettiin lämpöhajoamisen analysoimiseksi.Näytteet jätettiin 200 °C:seen yhdestä kahdeksi tunniksi.Jauhe analysoidaan sitten välittömästi GranuDrumilla (terminen nimi).Jauhe laitetaan sitten säiliöön, kunnes se saavuttaa ympäristön lämpötilan, ja analysoidaan sitten GranuDrumilla, GranuPackilla ja GranuChargella (eli "kylmä").
Raakanäytteet analysoitiin GranuPackilla, GranuDrumilla ja GranuChargella samassa kosteudessa/huonelämpötilassa, eli suhteellisessa kosteudessa 35,0 ± 1,5 % ja lämpötilassa 21,0 ± 1,0 °C.
Koheesioindeksi laskee jauheen juoksevuuden ja korreloi rajapinnan (jauhe/ilma) sijainnin muutoksiin, jotka heijastavat vain kolmea kosketusvoimaa (van der Waals, kapillaari ja sähköstaattinen).Kirjaa ennen koetta suhteellinen kosteus (RH, %) ja lämpötila (°C).Kaada sitten jauhe rumpusäiliöön ja aloita koe.
Päätimme, että nämä tuotteet eivät olleet herkkiä paakkuuntumiselle, kun otetaan huomioon tiksotrooppiset parametrit.Mielenkiintoista on, että lämpöjännitys muutti näytteiden A ja B jauheiden reologista käyttäytymistä leikkauspakenemisesta leikkausohenemiseen.Toisaalta lämpötila ei vaikuttanut näytteisiin C ja SS 316L, ja ne osoittivat vain leikkauspaksumista.Kukin jauhe osoitti parempaa levitettävyyttä (eli pienempi koheesioindeksi) lämmityksen ja jäähdytyksen jälkeen.
Lämpötilavaikutus riippuu myös hiukkasten ominaispinta-alasta.Mitä suurempi materiaalin lämmönjohtavuus on, sitä suurempi vaikutus lämpötilaan (eli ???225°?=250?.?-1.?-1) ja -316?225°?=19?.?-1.?-1), mitä pienemmät hiukkaset, sitä tärkeämpi lämpötilan vaikutus.Korkeammissa lämpötiloissa työskentely on hyvä valinta alumiiniseosjauheille niiden lisääntyneen levitettävyyden vuoksi, ja jäähdytetyillä näytteillä saavutetaan vielä parempi juoksevuus koskemattomiin jauheisiin verrattuna.
Jokaisessa GranuPack-kokeessa jauheen paino kirjattiin ennen jokaista koetta ja näytteeseen kohdistettiin 500 iskua iskutaajuudella 1 Hz mittauskennon vapaalla putoamalla 1 mm (iskuenergia ∝).Näytteet annostellaan mittauskennoihin käyttäjästä riippumattomien ohjelmistoohjeiden mukaisesti.Mittaukset toistettiin sitten kahdesti toistettavuuden arvioimiseksi ja keskiarvon ja keskihajonnan tutkimiseksi.
Kun GranuPack-analyysi on valmis, alkuperäinen pakkaustiheys (ρ(0)), lopullinen pakkaustiheys (useita napsautuksia, n = 500, eli ρ(500)), Hausner-suhde/Carr-indeksi (Hr/Cr) ja kaksi kirjaa tiivistysdynamiikkaan liittyvät parametrit (n1/2 ja τ).Myös optimaalinen tiheys ρ(∞) esitetään (katso liite 1).Alla oleva taulukko järjestää uudelleen kokeelliset tiedot.
Kuvat 6 ja 7 esittävät kokonaistiivistymiskäyrät (bulkkitiheys vs. iskujen lukumäärä) ja n1/2/Hausner-parametrisuhteen.Virhepalkit, jotka on laskettu käyttämällä keskiarvoja, esitetään jokaisessa käyrässä, ja standardipoikkeamat laskettiin toistettavuustesteistä.
316 litran ruostumaton terästuote oli raskain tuote (ρ(0) = 4,554 g/ml).Koputustiheydellä mitattuna SS 316L on edelleen raskain jauhe (ρ(n) = 5,044 g/ml), jota seuraa näyte A (ρ(n) = 1,668 g/ml), jota seuraa näyte B (ρ (n)) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Näyte C oli alhaisin (ρ(n) = 1,581 g/ml).Alkujauheen bulkkitiheyden mukaan näyte A on kevyin, ja kun otetaan huomioon virhe (1,380 g / ml), näytteillä B ja C on suunnilleen sama arvo.
Jauhetta kuumennettaessa sen Hausner-suhde pienenee, mikä tapahtuu vain näytteillä B, C ja SS 316L.Esimerkissä A tätä ei voi tehdä virhepalkkien koon vuoksi.n1/2:lla parametrien trendejä on vaikeampi tunnistaa.Näytteillä A ja SS 316L n1/2-arvo laski 2 tunnin jälkeen 200°C:ssa, kun taas jauheilla B ja C se nousi lämpökuormituksen jälkeen.
Jokaisessa GranuCharge-kokeessa käytettiin tärisevää syöttölaitetta (katso kuva 8).Käytä 316L ruostumatonta teräsputkea.Mittaukset toistettiin 3 kertaa toistettavuuden arvioimiseksi.Kussakin mittauksessa käytetyn tuotteen paino oli noin 40 ml, eikä jauhetta saatu talteen mittauksen jälkeen.
Ennen koetta kirjataan jauheen paino (mp, g), ilman suhteellinen kosteus (RH, %) ja lämpötila (°C).Mittaa testin alussa ensisijaisen jauheen varaustiheys (q0 µC/kg) laittamalla jauhe Faraday-kuppiin.Kirjaa lopuksi jauheen massa ja laske lopullinen varaustiheys (qf, µC/kg) ja Δq (Δq = qf – q0) kokeen lopussa.
GranuCharge-raakatiedot on esitetty taulukossa 2 ja kuvassa 9 (σ on toistettavuustestin tuloksista laskettu standardipoikkeama), ja tulokset esitetään histogrammeina (vain q0 ja Δq näytetään).SS 316L:llä oli alhaisimmat alkukustannukset;tämä voi johtua siitä, että tällä tuotteella on korkein PSD.Primäärialumiiniseosjauheen alkuperäisestä panosmäärästä ei voida tehdä johtopäätöksiä virheiden suuruuden vuoksi.
Kosketuksen jälkeen 316L ruostumattoman teräsputken kanssa näyte A sai vähiten varausta verrattuna jauheisiin B ja C, mikä korostaa samanlaista trendiä, kun SS 316L -jauhetta hierotaan SS 316L:llä, varaustiheys on lähellä 0 (katso triboelectric sarja).Tuote B on edelleen varautunut enemmän kuin A. Näytteen C kohdalla trendi jatkuu (positiivinen alkuvaraus ja loppuvaraus vuodon jälkeen), mutta varausten määrä kasvaa lämpöhajoamisen jälkeen.
2 tunnin lämpökuormituksen jälkeen 200 °C:ssa jauheen käyttäytyminen muuttuu upeaksi.Näytteissä A ja B alkuvaraus pienenee ja lopullinen varaus muuttuu negatiivisesta positiiviseksi.SS 316L -jauheella oli suurin alkuvaraus ja sen varaustiheyden muutos tuli positiiviseksi, mutta pysyi alhaisena (eli 0,033 nC/g).
Tutkimme lämpöhajoamisen vaikutusta alumiiniseoksen (AlSi10Mg) ja 316L ruostumattoman teräksen jauheiden yhteiskäyttäytymiseen analysoimalla alkuperäisiä jauheita ympäröivässä ilmassa 2 tunnin kuluttua 200 °C:ssa.
Jauheiden käyttö korkeassa lämpötilassa voi parantaa tuotteen levitettävyyttä, ja tämä vaikutus näyttää olevan tärkeämpi jauheille, joilla on suuri ominaispinta-ala ja materiaalit, joilla on korkea lämmönjohtavuus.GranuDrumia käytettiin virtauksen arvioimiseen, GranuPackia käytettiin dynaamiseen täyttöanalyysiin ja GranuChargea käytettiin analysoimaan jauheen tribosähköä kosketuksessa 316 litran ruostumattoman teräsputken kanssa.
Nämä tulokset määritettiin GranuPackilla, joka osoittaa Hausner-kertoimen parantumisen jokaiselle jauheelle (paitsi näytettä A kokovirheen vuoksi) lämpöjännitysprosessin jälkeen.Pakkausparametreja (n1/2) tarkasteltaessa selkeitä suuntauksia ei havaittu, sillä joissakin tuotteissa pakkausnopeus nousi, kun taas toisissa oli vastakkainen vaikutus (esim. näytteet B ja C).
Postitusaika: 10.1.2023