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A fabricazione additiva (AM) implica a creazione d'uggetti tridimensionali, una strata ultra-sottile à u tempu, facendu più caru di a machinazione tradiziunale.Tuttavia, solu una piccula parte di u polu dipositu durante u prucessu di assemblea hè saldata in u cumpunente.U restu tandu ùn si funnu micca, cusì pò esse riutilizatu.In cuntrastu, se l'ughjettu hè creatu in modu classicu, a rimozione di materiale per fresatura è machining hè generalmente necessaria.
E caratteristiche di u polu determinanu i paràmetri di a macchina è deve esse cunsideratu prima.U costu di l'AM ùn saria micca ecunomicu, datu chì u polveru unmelted hè contaminatu è micca riciclabile.I danni à i polveri risultanu in dui fenomeni: mudificazione chimica di u produttu è cambiamenti in e proprietà meccaniche cum'è a morfologia è a distribuzione di particella.
In u primu casu, u compitu principalu hè di creà strutturi solidi chì cuntenenu ligami puri, cusì avemu bisognu di evità a contaminazione di u polu, per esempiu, cù ossidi o nitruri.In l'ultimu casu, sti paràmetri sò assuciati cù fluidità è spreadability.Per quessa, ogni cambiamentu in e proprietà di u polu pò purtà à una distribuzione non uniforme di u pruduttu.
Dati da publicazioni recenti indicanu chì i flussi classici ùn ponu micca furnisce infurmazioni adatte nantu à a fluibilità di u polu in a pruduzzione di additivi di u lettu di polveri.In quantu à a carattarizazione di materie prime (o polveri), ci sò parechji metudi di misurazione adattati nantu à u mercatu chì ponu suddisfà stu requisitu.U statu di stress è u campu di flussu di polvera deve esse listessi in a cellula di misurazione è in u prucessu.A prisenza di carichi compressivi hè incompatibile cù u flussu di superficia libera utilizata in i dispositi AM in teste di cellule di taglio è reometri classici.
GranuTools hà sviluppatu flussi di travagliu per a carattarizazione di polveri in a fabricazione additiva.U nostru scopu principale era d'avè una strumentu per geometria per un mudellu di prucessu precisu, è stu flussu di travagliu hè statu utilizatu per capisce è seguità l'evoluzione di a qualità di u polveru nantu à parechje passe di stampa.Diversi leghe d'aluminiu standard (AlSi10Mg) sò stati scelti per diverse durazioni à diverse carichi termichi (da 100 à 200 ° C).
A degradazione termale pò esse cuntrullata analizendu a capacità di u polu per almacenà una carica.I polveri sò stati analizati per a fluidità (strumentu GranuDrum), a cinetica di imballaggio (strumentu GranuPack) è u cumpurtamentu elettrostaticu (strumentu GranuCharge).E misure cinetiche di coesione è di imballaggio sò dispunibuli per e seguenti masse di polveri.
I polveri chì si sparghjenu facilmente sperimentanu un indice di coesione bassu, mentre chì i polveri cù dinamica di riempimentu veloce pruduceranu parti meccaniche cù menu porosità cumparatu cù i prudutti chì sò più difficiuli di riempie.
Sò stati scelti trè polveri di lega d'aluminiu (AlSi10Mg) almacenati in u nostru laboratoriu per parechji mesi, cù diverse distribuzioni di dimensioni di particella, è un campione d'acciaio inox 316L, chjamatu quì campioni A, B è C.E caratteristiche di i campioni pò esse diffirenti da l'altri.i pruduttori.A distribuzione di a dimensione di particella di mostra hè stata misurata da l'analisi di diffrazione laser / ISO 13320.
Siccomu cuntrullanu i paràmetri di a machina, e proprietà di u polveru deve esse cunsideratu prima, è se cunsideremu chì u polveru unmelted hè contaminatu è micca riciclabile, u costu di a fabricazione additiva ùn serà micca ecunomica cum'è vulemu.Per quessa, trè parametri seranu investigati: flussu di polvera, cinetica di imballaggio è elettrostatica.
Spreadability hè ligata à l'uniformità è a "smussità" di a capa di polveri dopu l'operazione di ricoating.Questu hè assai impurtante chì e superfici lisce sò più faciuli di stampà è ponu esse esaminati cù l'utillita GranuDrum cù a misura di l'indice di aderenza.
Perchè i pori sò punti debbuli in un materiale, ponu purtà à cracks.A dinamica di imballaggio hè u sicondu paràmetru criticu perchè i polveri di imballaggio veloci anu porosità bassa.Stu cumpurtamentu hè statu misuratu cù GranuPack cù un valore di n1/2.
A prisenza di una carica elettrica in u polu crea forze cohesive chì portanu à a furmazione di agglomerati.GranuCharge misura a capacità di una polvera per generà una carica elettrostatica à u cuntattu cù un materiale sceltu durante u flussu.
Durante u processu, GranuCharge pò predice u deterioramentu di u flussu, cum'è a furmazione di strati in AM.Cusì, e misure ottenute sò assai sensittivi à u statu di a superficia di u granu (ossidazione, contaminazione è rugosità).L'anzianu di a polvera ricuperata pò esse quantificata accuratamente (± 0,5 nC).
U GranuDrum hè basatu annantu à u principiu di un tamburinu rotativu è hè un metudu programatu per a misurazione di a fluidità di una polvera.Un cilindru horizontale cù pareti laterali trasparenti cuntene a mità di a mostra di polvere.U tamburinu gira intornu à u so assi à una velocità angulare di 2 à 60 rpm, è a camera CCD piglia foto (da 30 à 100 imagine à intervalli di 1 segundu).L'interfaccia d'aria / polvera hè identificata nantu à ogni maghjina utilizendu un algoritmu di rilevazione di bordu.
Calculà a pusizione media di l'interfaccia è l'oscillazioni intornu à sta pusizione media.Per ogni vitezza di rotazione, l'angolo di flussu (o "angolo dinamicu di riposu") αf hè calculatu da a pusizione media di l'interfaccia, è l'indice di adesione dinamica σf, chì si riferisce à u ligame interparticule, hè analizatu da fluttuazioni di l'interfaccia.
L'angolo di flussu hè influinzatu da una quantità di parametri: attritu trà e particelle, forma è coesione (van der Waals, forze elettrostatiche è capillari).I polveri cohesive risultanu in un flussu intermittenti, mentre chì i polveri non-cohesive risultatu in un flussu regulare.I valori più chjuchi di l'angolo di flussu αf currispondenu à boni proprietà di flussu.Un indice di aderenza dinamica vicinu à cero currisponde à un polveru non cohesiu, per quessa, cum'è l'aderenza di u polveru aumenta, l'indice di aderenza aumenta in cunseguenza.
GranuDrum permette di misurà l'angolo di a prima avalanche è l'aerazione di a polvera durante u flussu, è ancu di misurà l'indice d'aderenza σf è l'angolo di flussu αf secondu a velocità di rotazione.
A densità di massa GranuPack, a densità di tapping è e misurazioni di u rapportu Hausner (chjamate ancu "testi di u toccu") sò assai populari in a carattarizazione di polveri per via di a facilità è a velocità di misurazione.A densità di u polu è a capacità di aumentà a so densità sò paràmetri impurtanti durante u almacenamentu, u trasportu, l'agglomerazione, etc. U prucedimentu cunsigliatu hè descrittu in a Farmacopea.
Questa prova simplice hà trè inconvenienti maiò.E misurazioni sò dipendenti di l'operatore è u metudu di riempimentu influenza u voluminu iniziale di polvere.A misurazione visuale di u voluminu pò purtà à gravi errori in i risultati.A causa di a simplicità di l'esperimentu, avemu trascuratatu a dinamica di compactazione trà e dimensioni iniziali è finali.
U cumpurtamentu di u polu alimentatu in l'outlet cuntinuu hè statu analizatu cù l'equipaggiu automatizatu.Mesurez avec précision le coefficient de Hausner Hr, la densité initiale ρ(0) et la densité finale ρ(n) après n clics.
U numaru di taps hè di solitu fissu à n = 500.U GranuPack hè una misurazione di densità di tapping automatizata è avanzata basatu annantu à l'ultime ricerca dinamica.
Altri indici ponu esse usatu, ma ùn sò micca listati quì.A polvera hè posta in tubi di metallu è passa per un rigurosu prucessu d'inizializazione automatica.L'estrapolazione di u paràmetru dinamicu n1/2 è a densità massima ρ(∞) hè presa da a curva di cumpattazione.
Un cilindru cavu ligeru si trova nantu à u lettu di polvera per mantene u livellu di l'interfaccia di polvera / aria durante a compattazione.U tubu chì cuntene l'esemplariu in polvere s'eleva à una altezza fissa ∆Z è poi casca liberamente à una altezza, di solitu fissata à ∆Z = 1 mm o ∆Z = 3 mm, misurata automaticamente dopu ogni impattu.Per altezza, pudete calculà u voluminu V di a pila.
A densità hè u rapportu di a massa m à u vulume V di a capa di polvera.A massa di polveri m hè cunnisciuta, a densità ρ hè appiicata dopu ogni liberazione.
Le coefficient de Hausner Hr est lié à la vitesse de compactage et est analysé par l'équation Hr = ρ(500) / ρ(0), où ρ(0) est la densité apparente initiale et ρ(500) est la densité de prise calculée après 500 tocchi.I risultati sò riproducibili cù una piccula quantità di polvere (di solitu 35 ml) cù u metu GranuPack.
E proprietà di u polu è a natura di u materiale da quale hè fattu u dispusitivu sò parametri chjave.Durante u flussu, i carichi elettrostatici sò generati in u polu, è questi carichi sò causati da l'effettu triboelettricu, u scambiu di carichi quandu dui solidi entranu in cuntattu.
Quandu u polveru scorri in u dispusitivu, l'effetti triboelettrichi si verificanu à u cuntattu trà e particelle è à u cuntattu trà a particella è u dispusitivu.
À u cuntattu cù u materiale sceltu, u GranuCharge misura automaticamente a quantità di carica elettrostatica generata in u polu durante u flussu.Una mostra di u polu scorri in un tubu V vibrante è cade in una tazza di Faraday cunnessa à un elettrometru chì misura a carica chì a polvera acquista mentre si move à traversu u tubu V.Per risultati riproducibili, alimentate u V-tube spessu cù un dispositivu rotanti o vibratori.
L'effettu triboelettricu face chì un oggettu guadagnà l'elettroni nantu à a so superficia è cusì esse caricatu negativamente, mentre chì un altru oggettu perde l'elettroni è hè dunque carica positivamente.Certi materiali guadagnanu l'elettroni più faciule ch'è l'altri, è l'altri materiali perdenu l'elettroni più facilmente.
Quale materiale diventa negativu è quale diventa pusitivu dipende da a tendenza relative di i materiali implicati à guadagnà o perde elettroni.Per rapprisintà queste tendenze, a serie triboelettrica mostrata in a Tabella 1 hè stata sviluppata.I materiali chì tendenu à esse caricati positivamente è altri chì tendenu à esse caricati negativamente sò listati, mentre chì i materiali chì ùn mostranu micca tendenzi di cumportamentu sò listati à mezu à a tavula.
Per d 'altra banda, sta tavula furnisce solu infurmazioni nantu à a tendenza di u cumpurtamentu di carica di materiale, cusì GranuCharge hè statu creatu per furnisce i valori precisi per u cumpurtamentu di carica di polvere.
Diversi esperimenti sò stati fatti per analizà a descomposizione termale.I campioni sò stati lasciati à 200 ° C per una à duie ore.U pulveru hè dopu analizatu immediatamente cù GranuDrum (nome termale).A polvera hè poi posta in un cuntainer finu à a temperatura di l'ambienti, è dopu analizata cù GranuDrum, GranuPack è GranuCharge (vale à dì "frid").
I campioni crudi sò stati analizati cù GranuPack, GranuDrum è GranuCharge à a stessa umidità / temperatura di l'ambienti, vale à dì l'umidità relativa 35,0 ± 1,5% è a temperatura 21,0 ± 1,0 ° C.
L'indici di coesione calcula a fluidità di una polvera è correlate cù i cambiamenti in a pusizione di l'interfaccia (polvere / aria), chì riflettenu solu trè forze di cuntattu (van der Waals, capillari è elettrostaticu).Prima di l'esperimentu, registra l'umidità relativa (RH, %) è a temperatura (°C).Allora pour u polu in u cuntainer di tamburinu è principià l'esperimentu.
Avemu cunclusu chì questi prudutti ùn sò micca sensibili à a caking quandu cunzidenu i paràmetri tixotropichi.Curiosamente, u stress termale hà cambiatu u cumpurtamentu reologicu di i polveri di i campioni A è B da l'espessimentu di cisura à l'arrugginimentu di cisura.D'autre part, les échantillons C et SS 316L n'ont pas été affectés par la température et n'ont montré qu'un épaississement de cisaillement.Ogni pulveru dimustrava megliu spreadability (vale à dì un indice di coesione più bassu) dopu à riscaldamentu è rinfriscà.
L'effettu di a temperatura dipende ancu da a superficia specifica di e particelle.A più grande a conduttività termale di u materiale, u più grande l'effettu nantu à a temperatura (ie ???225°?=250?.?-1.?-1) è ?316?225 °?=19?.?-1.?-1), u più chjucu i particeddi, u più impurtante l'effettu di a temperatura.U travagliu à temperature elevate hè una bona scelta per i polveri d'alea d'aluminiu per via di a so spreadability aumentata, è i campioni rinfriscati ottennu una fluidità ancu megliu cumparatu cù i polveri pristine.
Per ogni esperimentu GranuPack, u pesu di u polu hè statu registratu prima di ogni esperimentu, è a mostra hè stata sottumessa à 500 impacts cù una freccia d'impattu di 1 Hz cù una caduta libera di a cellula di misurazione di 1 mm (energia d'impattu ∝).I campioni sò dispensati in e cellule di misurazione secondu l'istruzzioni di u software indipendente da l'utilizatore.E misurazioni sò state ripetute duie volte per valutà a riproducibilità è per esaminà a media è a deviazione standard.
Une fois l'analyse GranuPack terminée, la densité de remplissage initiale (ρ(0)), la densité de garniture finale (à plusieurs clics, n = 500, ie ρ(500)), le rapport Hausner/indice de Carr (Hr/Cr) et deux enregistrés. paràmetri (n1/2 è τ) legati à a dinamica di compactazione.A densità ottimale ρ(∞) hè ancu mostrata (vede l'Appendice 1).A tavula sottu riorganizeghja i dati sperimentali.
I figuri 6 è 7 mostranu e curve di compattazione generale (densità di massa versus nùmeru d'impatti) è a ratio di paràmetru n1/2/Hausner.E barre d'errore calculate cù e medie sò mostrate nantu à ogni curva, è i deviazioni standard sò stati calculati da e teste di ripetibilità.
U pruduttu in acciaio inox 316L era u pruduttu più pesante (ρ(0) = 4.554 g/mL).In termini di densità di tappatura, SS 316L hè sempre a polvere più pesante (ρ(n) = 5,044 g/mL), seguita da u Campione A (ρ (n) = 1,668 g/mL), seguita da u Campione B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).L'échantillon C était le plus bas (ρ(n) = 1,581 g/mL).Sicondu a densità grossa di u polu iniziale, vedemu chì a mostra A hè a più ligera, è tenendu in contu l'errore (1,380 g / ml), i campioni B è C anu apprussimatamente u listessu valore.
Quandu u polveru hè riscaldatu, u so rapportu Hausner diminuisce, chì si trova solu per i campioni B, C è SS 316L.Per Sample A, questu ùn pò micca esse fattu per via di a dimensione di e barre d'errore.Per n1/2, i tendenzi paràmetri sò più difficiuli di identificà.Per a mostra A è SS 316L, u valore di n1 / 2 diminuite dopu à 2 h à 200 ° C, mentre chì per i polveri B è C hà aumentatu dopu a carica termica.
Un alimentatore vibrante hè stata utilizata per ogni esperimentu GranuCharge (vede a Figura 8).Aduprà pipa in acciaio inox 316L.E misurazioni sò state ripetute 3 volte per evaluà a riproducibilità.U pesu di u pruduttu utilizatu per ogni misurazione era di circa 40 ml è nisuna polvera hè stata recuperata dopu a misurazione.
Prima di l'esperimentu, u pesu di u polu (mp, g), l'umidità relativa di l'aire (RH, %) è a temperatura (°C) sò registrati.À l'iniziu di a prova, misurà a densità di carica di u polu primariu (q0 in µC/kg) introducendu a polvera in a tazza di Faraday.Infine, registra a massa di a polvera è calculate a densità di carica finale (qf, µC/kg) è Δq (Δq = qf - q0) à a fine di l'esperimentu.
I dati GranuCharge crudi sò mostrati in a Tabella 2 è a Figura 9 (σ hè a deviazione standard calculata da i risultati di a prova di riproducibilità), è i risultati sò presentati cum'è histogrammi (solu q0 è Δq sò mostrati).U SS 316L hà avutu u costu iniziale più bassu;chistu pò esse duvuta à u fattu chì stu pruduttu hà u PSD più altu.In quantu à a quantità di carica iniziale di u polveru primariu di l'alia d'aluminiu, ùn si ponu micca cunclusioni per via di a dimensione di l'errori.
Dopu u cuntattu cù u tubu d'acciaio inossidabile 316L, u campione A hà acquistatu u minimu quantità di carica cumparatu cù i polveri B è C, chì mette in risaltu una tendenza simile, quandu u polveru SS 316L hè struitu cù SS 316L, si trova una densità di carica vicinu à 0 (vede triboelectric). serie).U pruduttu B hè sempre più carcu cà A. Per a mostra C, a tendenza cuntinueghja (carica iniziale pusitiva è carica finali dopu a fuga), ma u numeru di carichi aumenta dopu a degradazione termale.
Dopu à 2 ore di stress termale à 200 ° C, u cumpurtamentu di u polu diventa spettaculare.In i campioni A è B, a carica iniziale diminuisce è a carica finale cambia da negativa à pusitiva.U polveru SS 316L hà avutu a carica iniziale più altu è u so cambiamentu di densità di carica hè diventatu pusitivu, ma restava bassu (ie 0.033 nC / g).
Avemu investigatu l'effettu di a degradazione termale nantu à u cumpurtamentu cumminatu di l'alia d'aluminiu (AlSi10Mg) è i polveri d'acciaio inossidabile 316L mentre analizemu i polveri originali in l'aria ambiente dopu à 2 ore à 200 ° C.
L'usu di polveri à alta temperatura pò migliurà a diffusione di u pruduttu, è questu effettu pare esse più impurtante per i polveri cù una superficia di superficia specifica è materiali cù una alta conductività termale.GranuDrum hè stata utilizata per valutà u flussu, GranuPack hè stata utilizata per l'analisi dinamica di riempimentu, è GranuCharge hè stata aduprata per analizà a triboelectricità di u polu in cuntattu cù tubi in acciaio inox 316L.
Questi risultati sò stati stabiliti utilizendu GranuPack, chì mostra a migliione di u coefficientu Hausner per ogni polvere (cù l'eccezzioni di a mostra A per errore di dimensione) dopu u prucessu di stress termicu.Fighjendu i paràmetri di imballaggio (n1 / 2), ùn ci era micca tendenzi chjaru cum'è certi prudutti anu mostratu un aumentu di a velocità di imballaggio mentre chì altri avianu un effettu cuntrastanti (per esempiu, Samples B è C).
Tempu di post: 10-Jan-2023