Wij gebruiken cookies om uw ervaring te verbeteren.Als u doorgaat met surfen op deze site, gaat u akkoord met ons gebruik van cookies.Extra informatie.
Additive manufacturing (AM) omvat het creëren van driedimensionale objecten, één ultradunne laag tegelijk, waardoor het duurder wordt dan traditionele bewerking.Slechts een klein deel van het poeder dat tijdens het assemblageproces wordt afgezet, wordt echter in het onderdeel gesoldeerd.De rest smelt dan niet en kan dus hergebruikt worden.Als het object daarentegen klassiek wordt gemaakt, is materiaalverwijdering door frezen en machinale bewerking meestal vereist.
De eigenschappen van het poeder bepalen de parameters van de machine en moeten als eerste in overweging worden genomen.De kosten van AM zouden oneconomisch zijn, aangezien het niet-gesmolten poeder verontreinigd is en niet recycleerbaar.Beschadiging van poeders resulteert in twee verschijnselen: chemische modificatie van het product en veranderingen in mechanische eigenschappen zoals morfologie en deeltjesgrootteverdeling.
In het eerste geval is de belangrijkste taak het creëren van solide structuren die pure legeringen bevatten, dus we moeten verontreiniging van het poeder, bijvoorbeeld met oxiden of nitriden, vermijden.In het laatste geval worden deze parameters geassocieerd met vloeibaarheid en smeerbaarheid.Daarom kan elke verandering in de eigenschappen van het poeder leiden tot een niet-uniforme verdeling van het product.
Gegevens uit recente publicaties geven aan dat klassieke debietmeters geen adequate informatie kunnen verschaffen over de vloeibaarheid van poeder bij de productie van poederbedadditieven.Wat betreft de karakterisering van grondstoffen (of poeders) zijn er verschillende geschikte meetmethoden op de markt die aan deze eis kunnen voldoen.De spanningstoestand en het poederstroomveld moeten in de meetcel en in het proces hetzelfde zijn.De aanwezigheid van drukbelastingen is onverenigbaar met de vrije oppervlaktestroom die wordt gebruikt in AM-apparaten in shear cell-testers en klassieke reometers.
GranuTools heeft workflows ontwikkeld voor poederkarakterisering bij additieve productie.Ons belangrijkste doel was om één tool per geometrie te hebben voor nauwkeurige procesmodellering, en deze workflow werd gebruikt om de evolutie van de poederkwaliteit over meerdere printgangen te begrijpen en te volgen.Er werden verschillende standaard aluminiumlegeringen (AlSi10Mg) geselecteerd voor verschillende looptijden bij verschillende thermische belastingen (van 100 tot 200 °C).
Thermische afbraak kan worden gecontroleerd door het vermogen van het poeder om een lading op te slaan te analyseren.De poeders werden geanalyseerd op vloeibaarheid (GranuDrum-instrument), pakkingskinetiek (GranuPack-instrument) en elektrostatisch gedrag (GranuCharge-instrument).Metingen van cohesie- en pakkingskinetiek zijn beschikbaar voor de volgende poedermassa's.
Poeders die zich gemakkelijk verspreiden zullen een lage cohesie-index ervaren, terwijl poeders met een snelle vuldynamiek mechanische onderdelen met minder porositeit zullen produceren in vergelijking met producten die moeilijker te vullen zijn.
Er werden drie poeders van aluminiumlegeringen (AlSi10Mg) geselecteerd die gedurende enkele maanden in ons laboratorium waren opgeslagen, met verschillende deeltjesgrootteverdelingen, en één 316L roestvrij staalmonster, hier monsters A, B en C genoemd, werden geselecteerd.De kenmerken van de monsters kunnen verschillen van die van andere.fabrikanten.De deeltjesgrootteverdeling van het monster werd gemeten met behulp van laserdiffractieanalyse/ISO 13320.
Omdat ze de parameters van de machine controleren, moeten eerst de eigenschappen van het poeder in ogenschouw worden genomen. Als we het ongesmolten poeder als verontreinigd en niet-recyclebaar beschouwen, zullen de kosten van additieve productie niet zo economisch zijn als we zouden willen.Daarom zullen drie parameters worden onderzocht: poederstroom, pakkingskinetiek en elektrostatica.
De smeerbaarheid houdt verband met de uniformiteit en “gladheid” van de poederlaag na het overspuiten.Dit is erg belangrijk omdat gladde oppervlakken gemakkelijker te bedrukken zijn en kunnen worden onderzocht met de GranuDrum-tool met hechtingsindexmeting.
Omdat poriën zwakke punten in een materiaal zijn, kunnen ze tot scheuren leiden.De pakkingdynamiek is de tweede kritische parameter, omdat snelle pakkingpoeders een lage porositeit hebben.Dit gedrag is gemeten met GranuPack met een waarde van n1/2.
De aanwezigheid van een elektrische lading in het poeder creëert cohesiekrachten die leiden tot de vorming van agglomeraten.GranuCharge meet het vermogen van een poeder om een elektrostatische lading te genereren bij contact met een geselecteerd materiaal tijdens de stroming.
Tijdens de verwerking kan GranuCharge stromingsverslechtering voorspellen, zoals laagvorming in AM.De verkregen metingen zijn dus zeer gevoelig voor de toestand van het korreloppervlak (oxidatie, vervuiling en ruwheid).De veroudering van het teruggewonnen poeder kan vervolgens nauwkeurig worden gekwantificeerd (±0,5 nC).
De GranuDrum is gebaseerd op het principe van een roterende trommel en is een geprogrammeerde methode voor het meten van de vloeibaarheid van een poeder.Een horizontale cilinder met transparante zijwanden bevat de helft van het poedermonster.De trommel draait rond zijn as met een hoeksnelheid van 2 tot 60 rpm, en de CCD-camera maakt foto's (van 30 tot 100 afbeeldingen met tussenpozen van 1 seconde).Het lucht/poeder-grensvlak wordt op elk beeld geïdentificeerd met behulp van een randdetectiealgoritme.
Bereken de gemiddelde positie van de interface en de oscillaties rond deze gemiddelde positie.Voor elke rotatiesnelheid wordt de stroomhoek (of “dynamische rusthoek”) αf berekend op basis van de gemiddelde grensvlakpositie, en wordt de dynamische adhesie-index σf, die verwijst naar de binding tussen deeltjes, geanalyseerd op basis van grensvlakfluctuaties.
De stromingshoek wordt beïnvloed door een aantal parameters: wrijving tussen deeltjes, vorm en cohesie (van der Waals, elektrostatische en capillaire krachten).Cohesieve poeders resulteren in een intermitterende stroom, terwijl niet-cohesieve poeders resulteren in een regelmatige stroom.Kleinere waarden van de stromingshoek αf komen overeen met goede stromingseigenschappen.Een dynamische adhesie-index dichtbij nul komt overeen met een niet-cohesief poeder. Naarmate de adhesie van het poeder toeneemt, neemt de adhesie-index dienovereenkomstig toe.
Met GranuDrum kunt u de hoek van de eerste lawine en de beluchting van het poeder tijdens de stroming meten, evenals de adhesie-index σf en de stromingshoek αf, afhankelijk van de rotatiesnelheid.
GranuPack-bulkdichtheid, tapdichtheid en Hausner-ratiometingen (ook wel “aanraaktesten” genoemd) zijn erg populair bij poederkarakterisering vanwege het gemak en de snelheid van meten.De dichtheid van het poeder en het vermogen om de dichtheid te verhogen zijn belangrijke parameters tijdens opslag, transport, agglomeratie, enz. De aanbevolen procedure wordt beschreven in de Farmacopee.
Deze eenvoudige test heeft drie grote nadelen.De metingen zijn afhankelijk van de operator en de vulmethode beïnvloedt het initiële poedervolume.Visuele volumemetingen kunnen tot ernstige fouten in de resultaten leiden.Vanwege de eenvoud van het experiment hebben we de verdichtingsdynamiek tussen de begin- en eindafmetingen verwaarloosd.
Het gedrag van het poeder dat in de continue uitlaat werd gevoerd, werd geanalyseerd met behulp van geautomatiseerde apparatuur.Meet nauwkeurig de Hausner-coëfficiënt Hr, initiële dichtheid ρ(0) en uiteindelijke dichtheid ρ(n) na n klikken.
Het aantal tikken wordt doorgaans vastgesteld op n=500.De GranuPack is een geautomatiseerde en geavanceerde tapdichtheidsmeting gebaseerd op het nieuwste dynamische onderzoek.
Andere indexen kunnen worden gebruikt, maar deze worden hier niet vermeld.Het poeder wordt in metalen buizen geplaatst en doorloopt een rigoureus automatisch initialisatieproces.De extrapolatie van de dynamische parameter n1/2 en de maximale dichtheid ρ(∞) wordt uit de verdichtingscurve gehaald.
Een lichtgewicht holle cilinder bevindt zich bovenop het poederbed om het grensvlak tussen poeder en lucht tijdens het verdichten waterpas te houden.Het buisje met het poedermonster stijgt tot een vaste hoogte ∆Z en valt vervolgens vrij naar een hoogte, meestal vast op ∆Z = 1 mm of ∆Z = 3 mm, automatisch gemeten na elke impact.Op hoogte kun je het volume V van de stapel berekenen.
De dichtheid is de verhouding van de massa m tot het volume V van de poederlaag.De poedermassa m is bekend, de dichtheid ρ wordt na elke vrijgave toegepast.
De Hausner-coëfficiënt Hr houdt verband met de verdichtingssnelheid en wordt geanalyseerd met de vergelijking Hr = ρ(500) / ρ(0), waarbij ρ(0) de initiële bulkdichtheid is en ρ(500) de berekende tapdichtheid na 500. kranen.De resultaten zijn reproduceerbaar met een kleine hoeveelheid poeder (meestal 35 ml) met behulp van de GranuPack-methode.
De eigenschappen van het poeder en de aard van het materiaal waaruit het apparaat is gemaakt, zijn belangrijke parameters.Tijdens de stroming worden in het poeder elektrostatische ladingen gegenereerd, en deze ladingen worden veroorzaakt door het tribo-elektrische effect, de uitwisseling van ladingen wanneer twee vaste stoffen met elkaar in contact komen.
Wanneer het poeder in het apparaat stroomt, treden tribo-elektrische effecten op bij het contact tussen de deeltjes en bij het contact tussen het deeltje en het apparaat.
Bij contact met het geselecteerde materiaal meet de GranuCharge automatisch de hoeveelheid elektrostatische lading die tijdens de stroming in het poeder wordt gegenereerd.Een monster van het poeder stroomt in een trillende V-buis en valt in een Faraday-beker die is aangesloten op een elektrometer die de lading meet die het poeder krijgt als het door de V-buis beweegt.Voor reproduceerbare resultaten dient u de V-buis regelmatig te voeden met een roterend of vibrerend apparaat.
Het tribo-elektrische effect zorgt ervoor dat het ene object elektronen op zijn oppervlak krijgt en dus negatief geladen wordt, terwijl een ander object elektronen verliest en daarom positief geladen is.Sommige materialen nemen gemakkelijker elektronen op dan andere, en op dezelfde manier verliezen andere materialen gemakkelijker elektronen.
Welk materiaal negatief wordt en welk materiaal positief wordt, hangt af van de relatieve neiging van de betrokken materialen om elektronen te winnen of te verliezen.Om deze trends weer te geven, werd de tribo-elektrische reeks, weergegeven in Tabel 1, ontwikkeld.Materialen die de neiging hebben positief geladen te zijn en andere die de neiging hebben negatief geladen te zijn, worden vermeld, terwijl materialen die geen gedragsneigingen vertonen in het midden van de tabel worden vermeld.
Aan de andere kant geeft deze tabel alleen informatie over de trend van het materiaallaadgedrag, dus GranuCharge is gemaakt om nauwkeurige waarden te bieden voor het laadgedrag van poeder.
Er werden verschillende experimenten uitgevoerd om de thermische ontleding te analyseren.De monsters werden gedurende één tot twee uur bij 200°C bewaard.Het poeder wordt vervolgens onmiddellijk geanalyseerd met GranuDrum (thermische naam).Het poeder wordt vervolgens in een container geplaatst totdat het de omgevingstemperatuur bereikt en vervolgens geanalyseerd met GranuDrum, GranuPack en GranuCharge (dwz “koud”).
Ruwe monsters werden geanalyseerd met GranuPack, GranuDrum en GranuCharge bij dezelfde vochtigheid/kamertemperatuur, dwz relatieve vochtigheid 35,0 ± 1,5% en temperatuur 21,0 ± 1,0 °C.
De cohesie-index berekent de vloeibaarheid van een poeder en correleert met veranderingen in de positie van het grensvlak (poeder/lucht), die slechts drie contactkrachten weerspiegelen (van der Waals, capillair en elektrostatisch).Noteer vóór het experiment de relatieve vochtigheid (RH, %) en de temperatuur (°C).Giet vervolgens het poeder in de trommelcontainer en start het experiment.
We concludeerden dat deze producten niet gevoelig waren voor aankoeken bij het overwegen van thixotrope parameters.Interessant is dat thermische spanning het reologische gedrag van de poeders van monsters A en B veranderde van verdikking door afschuiving naar verdunning door afschuiving.Aan de andere kant werden de monsters C en SS 316L niet beïnvloed door de temperatuur en vertoonden ze alleen verdikking door afschuiving.Elk poeder vertoonde een betere smeerbaarheid (dwz een lagere cohesie-index) na verwarming en afkoeling.
Het temperatuureffect hangt ook af van het specifieke oppervlak van de deeltjes.Hoe groter de thermische geleidbaarheid van het materiaal, hoe groter het effect op de temperatuur (dwz???225°?=250?.?-1.?-1) en ?316?225°?=19?.?-1.?-1), hoe kleiner de deeltjes, hoe belangrijker het effect van de temperatuur.Werken bij hogere temperaturen is een goede keuze voor poeders van aluminiumlegeringen vanwege hun verhoogde smeerbaarheid, en gekoelde monsters bereiken een nog betere vloeibaarheid vergeleken met zuivere poeders.
Voor elk GranuPack-experiment werd vóór elk experiment het gewicht van het poeder geregistreerd en werd het monster onderworpen aan 500 schokken met een impactfrequentie van 1 Hz met een vrije val van de meetcel van 1 mm (impactenergie ∝).Monsters worden onafhankelijk van de gebruiker in de meetcellen gedoseerd volgens software-instructies.De metingen werden vervolgens tweemaal herhaald om de reproduceerbaarheid te beoordelen en om het gemiddelde en de standaarddeviatie te onderzoeken.
Nadat de GranuPack-analyse is voltooid, worden de initiële pakkingsdichtheid (ρ(0)), de uiteindelijke pakkingsdichtheid (bij verschillende klikken, n = 500, dwz ρ(500)), Hausner-ratio/Carr-index (Hr/Cr) en twee geregistreerde parameters (n1/2 en τ) gerelateerd aan de verdichtingsdynamiek.De optimale dichtheid ρ(∞) wordt ook weergegeven (zie bijlage 1).De onderstaande tabel reorganiseert de experimentele gegevens.
Figuren 6 en 7 tonen de algemene verdichtingscurven (bulkdichtheid versus aantal inslagen) en de n1/2/Hausner-parameterverhouding.Op elke curve worden foutbalken weergegeven die zijn berekend met behulp van gemiddelden, en standaardafwijkingen zijn berekend op basis van herhaalbaarheidstests.
Het roestvrijstalen product van 316L was het zwaarste product (ρ(0) = 4,554 g/ml).In termen van tikdichtheid is SS 316L nog steeds het zwaarste poeder (ρ(n) = 5,044 g/ml), gevolgd door monster A (ρ(n) = 1,668 g/ml), gevolgd door monster B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Monster C was het laagste (ρ(n) = 1,581 g/ml).Volgens de bulkdichtheid van het oorspronkelijke poeder zien we dat monster A het lichtste is, en rekening houdend met de fout (1,380 g / ml) hebben monsters B en C ongeveer dezelfde waarde.
Wanneer het poeder wordt verwarmd, neemt de Hausner-verhouding af, wat alleen voorkomt bij monsters B, C en SS 316L.Voor monster A is dit niet mogelijk vanwege de grootte van de foutbalken.Voor n1/2 zijn de parametertrends moeilijker te identificeren.Voor monster A en SS 316L nam de waarde van n1/2 af na 2 uur bij 200°C, terwijl deze voor poeders B en C toenam na thermische belasting.
Voor elk GranuCharge-experiment werd een vibrerende feeder gebruikt (zie figuur 8).Gebruik 316L roestvrijstalen buis.De metingen werden driemaal herhaald om de reproduceerbaarheid te beoordelen.Het gewicht van het voor elke meting gebruikte product was ongeveer 40 ml en er werd na de meting geen poeder teruggevonden.
Vóór het experiment worden het gewicht van het poeder (smp, g), de relatieve luchtvochtigheid (RH, %) en de temperatuur (°C) geregistreerd.Meet aan het begin van de test de ladingsdichtheid van het primaire poeder (q0 in µC/kg) door het poeder in de Faraday-beker te brengen.Noteer ten slotte de massa van het poeder en bereken de uiteindelijke ladingsdichtheid (qf, µC/kg) en Δq (Δq = qf – q0) aan het einde van het experiment.
De onbewerkte GranuCharge-gegevens worden weergegeven in Tabel 2 en Figuur 9 (σ is de standaardafwijking berekend op basis van de resultaten van de reproduceerbaarheidstest), en de resultaten worden gepresenteerd als histogrammen (alleen q0 en Δq worden weergegeven).De SS 316L had de laagste initiële kosten;dit kan te wijten zijn aan het feit dat dit product de hoogste PSD heeft.Met betrekking tot de initiële hoeveelheid van het primaire aluminiumlegeringspoeder kunnen er geen conclusies worden getrokken vanwege de omvang van de fouten.
Na contact met 316L roestvrijstalen buis kreeg monster A de minste hoeveelheid lading vergeleken met poeders B en C, wat een vergelijkbare trend benadrukt: wanneer SS 316L-poeder wordt ingewreven met SS 316L, wordt een ladingsdichtheid van bijna 0 gevonden (zie tribo-elektrische serie).Product B is nog steeds meer geladen dan A. Voor monster C zet de trend zich voort (positieve initiële lading en uiteindelijke lading na lekkage), maar het aantal ladingen neemt toe na thermische degradatie.
Na 2 uur thermische belasting bij 200 °C wordt het gedrag van het poeder spectaculair.In monsters A en B neemt de initiële lading af en verandert de uiteindelijke lading van negatief naar positief.SS 316L-poeder had de hoogste initiële lading en de verandering in de ladingsdichtheid werd positief maar bleef laag (dwz 0,033 nC/g).
We onderzochten het effect van thermische degradatie op het gecombineerde gedrag van poeders van een aluminiumlegering (AlSi10Mg) en 316L roestvrij staal, terwijl we de oorspronkelijke poeders in omgevingslucht analyseerden na 2 uur bij 200°C.
Het gebruik van poeders bij hoge temperaturen kan de smeerbaarheid van het product verbeteren, en dit effect lijkt belangrijker te zijn voor poeders met een hoog specifiek oppervlak en materialen met een hoge thermische geleidbaarheid.GranuDrum werd gebruikt om de stroming te evalueren, GranuPack werd gebruikt voor dynamische vulanalyse en GranuCharge werd gebruikt om de tribo-elektriciteit te analyseren van het poeder in contact met 316L roestvrijstalen buizen.
Deze resultaten zijn vastgesteld met behulp van GranuPack, dat de verbetering van de Hausner-coëfficiënt voor elk poeder laat zien (met uitzondering van monster A vanwege maatfouten) na het thermische spanningsproces.Kijkend naar de verpakkingsparameters (n1/2), waren er geen duidelijke trends, aangezien sommige producten een toename van de verpakkingssnelheid vertoonden, terwijl andere een contrasterend effect hadden (bijvoorbeeld monsters B en C).
Posttijd: 10 januari 2023