Chúng tôi sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn.Bằng cách tiếp tục duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc chúng tôi sử dụng cookie.Thông tin thêm.
Sản xuất bồi đắp (AM) liên quan đến việc tạo ra các vật thể ba chiều, mỗi lần một lớp siêu mỏng, khiến nó đắt hơn so với gia công truyền thống.Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ bột đọng lại trong quá trình lắp ráp được hàn vào linh kiện.Phần còn lại sau đó không tan chảy nên có thể được tái sử dụng.Ngược lại, nếu đối tượng được tạo ra theo cách cổ điển thì việc loại bỏ vật liệu bằng cách phay và gia công thường được yêu cầu.
Đặc tính của bột quyết định các thông số của máy và phải được quan tâm đầu tiên.Chi phí của AM sẽ không kinh tế vì bột chưa nấu chảy sẽ bị ô nhiễm và không thể tái chế được.Thiệt hại đối với bột dẫn đến hai hiện tượng: biến đổi hóa học của sản phẩm và thay đổi tính chất cơ học như hình thái và phân bố kích thước hạt.
Trong trường hợp đầu tiên, nhiệm vụ chính là tạo ra các cấu trúc rắn chứa hợp kim nguyên chất, vì vậy chúng ta cần tránh làm nhiễm bẩn bột, chẳng hạn như oxit hoặc nitrit.Trong trường hợp sau, các tham số này có liên quan đến tính linh hoạt và khả năng lan truyền.Do đó, bất kỳ sự thay đổi nào về tính chất của bột đều có thể dẫn đến sự phân bố sản phẩm không đồng đều.
Dữ liệu từ các ấn phẩm gần đây chỉ ra rằng lưu lượng kế cổ điển không thể cung cấp thông tin đầy đủ về khả năng chảy của bột trong sản xuất phụ gia nền bột.Về đặc tính của nguyên liệu thô (hoặc bột), trên thị trường có một số phương pháp đo lường thích hợp có thể đáp ứng yêu cầu này.Trạng thái ứng suất và trường dòng bột phải giống nhau trong cảm biến đo và trong quy trình.Sự hiện diện của tải trọng nén không tương thích với dòng chảy bề mặt tự do được sử dụng trong các thiết bị AM trong máy kiểm tra tế bào cắt và máy đo lưu biến cổ điển.
GranuTools đã phát triển quy trình làm việc để xác định đặc tính của bột trong sản xuất bồi đắp.Mục tiêu chính của chúng tôi là có một công cụ cho mỗi hình học để lập mô hình quy trình chính xác và quy trình công việc này được sử dụng để hiểu và theo dõi sự phát triển của chất lượng bột qua nhiều lần in.Một số hợp kim nhôm tiêu chuẩn (AlSi10Mg) đã được chọn cho các khoảng thời gian khác nhau ở các tải nhiệt khác nhau (từ 100 đến 200 ° C).
Sự suy giảm nhiệt có thể được kiểm soát bằng cách phân tích khả năng lưu trữ điện tích của bột.Bột được phân tích về khả năng chảy (dụng cụ GranuDrum), động học đóng gói (dụng cụ GranuPack) và đặc tính tĩnh điện (dụng cụ GranuCharge).Các phép đo động lực gắn kết và đóng gói có sẵn cho các khối bột sau đây.
Các loại bột dễ lan rộng sẽ có chỉ số kết dính thấp, trong khi các loại bột có động lực làm đầy nhanh sẽ tạo ra các bộ phận cơ khí có độ xốp ít hơn so với các sản phẩm khó lấp đầy hơn.
Ba loại bột hợp kim nhôm (AlSi10Mg) được lưu trữ trong phòng thí nghiệm của chúng tôi trong vài tháng, với sự phân bố kích thước hạt khác nhau và một mẫu thép không gỉ 316L, được gọi ở đây là mẫu A, B và C, đã được chọn.Các đặc điểm của các mẫu có thể khác với các mẫu khác.Nhà sản xuất của.Sự phân bố kích thước hạt của mẫu được đo bằng phân tích nhiễu xạ laser/ISO 13320.
Vì họ điều khiển các thông số của máy nên trước hết phải xét đến tính chất của bột, nếu coi bột chưa nấu chảy là bị nhiễm bẩn, không thể tái chế thì chi phí sản xuất bồi đắp sẽ không kinh tế như chúng ta mong muốn.Do đó, ba thông số sẽ được nghiên cứu: dòng bột, động học đóng gói và tĩnh điện.
Khả năng trải rộng liên quan đến tính đồng nhất và “độ mịn” của lớp bột sau quá trình sơn lại.Điều này rất quan trọng vì bề mặt nhẵn sẽ dễ in hơn và có thể kiểm tra bằng công cụ GranuDrum bằng phép đo chỉ số bám dính.
Bởi vì các lỗ rỗng là điểm yếu của vật liệu nên chúng có thể dẫn đến các vết nứt.Động lực đóng gói là thông số quan trọng thứ hai vì bột đóng gói nhanh có độ xốp thấp.Hành vi này đã được đo bằng GranuPack với giá trị n1/2.
Sự hiện diện của điện tích trong bột tạo ra lực kết dính dẫn đến sự hình thành các chất kết tụ.GranuCharge đo khả năng bột tạo ra điện tích khi tiếp xúc với vật liệu đã chọn trong quá trình chảy.
Trong quá trình xử lý, GranuCharge có thể dự đoán sự suy giảm dòng chảy, chẳng hạn như sự hình thành lớp trong AM.Do đó, các phép đo thu được rất nhạy cảm với trạng thái bề mặt hạt (oxy hóa, nhiễm bẩn và độ nhám).Sự lão hóa của bột thu hồi sau đó có thể được định lượng chính xác (± 0,5 nC).
GranuDrum hoạt động dựa trên nguyên lý trống quay và là phương pháp được lập trình để đo khả năng chảy của bột.Một hình trụ nằm ngang có thành bên trong suốt chứa một nửa mẫu bột.Trống quay quanh trục của nó với tốc độ góc từ 2 đến 60 vòng/phút và camera CCD chụp ảnh (từ 30 đến 100 hình ảnh trong khoảng thời gian 1 giây).Giao diện không khí/bột được xác định trên mỗi hình ảnh bằng thuật toán phát hiện cạnh.
Tính vị trí trung bình của mặt phân cách và các dao động xung quanh vị trí trung bình này.Đối với mỗi tốc độ quay, góc dòng chảy (hoặc “góc nghỉ động”) αf được tính từ vị trí giao diện trung bình và chỉ số bám dính động σf, đề cập đến liên kết giữa các hạt, được phân tích từ các dao động của giao diện.
Góc dòng chảy bị ảnh hưởng bởi một số thông số: ma sát giữa các hạt, hình dạng và lực dính (van der Waals, lực tĩnh điện và lực mao dẫn).Bột kết dính dẫn đến dòng chảy không liên tục, trong khi bột không kết dính dẫn đến dòng chảy đều đặn.Giá trị nhỏ hơn của góc dòng αf tương ứng với đặc tính dòng chảy tốt.Chỉ số bám dính động gần bằng 0 tương ứng với loại bột không dính, do đó, khi độ bám dính của bột tăng thì chỉ số bám dính cũng tăng tương ứng.
GranuDrum cho phép bạn đo góc của trận tuyết lở đầu tiên và độ thoáng khí của bột trong quá trình chảy, cũng như đo chỉ số bám dính σf và góc dòng chảy αf tùy thuộc vào tốc độ quay.
Các phép đo mật độ khối, mật độ khai thác và tỷ lệ Hausner của GranuPack (còn được gọi là “thử nghiệm chạm”) rất phổ biến trong việc xác định đặc tính của bột vì tính dễ dàng và tốc độ đo.Mật độ của bột và khả năng tăng mật độ của nó là các thông số quan trọng trong quá trình bảo quản, vận chuyển, kết tụ, v.v. Quy trình được khuyến nghị được mô tả trong Dược điển.
Thử nghiệm đơn giản này có ba nhược điểm lớn.Các phép đo phụ thuộc vào người vận hành và phương pháp nạp ảnh hưởng đến thể tích bột ban đầu.Các phép đo thể tích bằng hình ảnh có thể dẫn đến sai sót nghiêm trọng trong kết quả.Do tính đơn giản của thí nghiệm, chúng tôi đã bỏ qua động lực nén giữa kích thước ban đầu và kích thước cuối cùng.
Hành vi của bột được đưa vào đầu ra liên tục được phân tích bằng thiết bị tự động.Đo chính xác hệ số Hausner Hr, mật độ ban đầu ρ(0) và mật độ cuối cùng ρ(n) sau n lần nhấp chuột.
Số lượng vòi thường được cố định ở mức n=500.GranuPack là thiết bị đo mật độ khai thác tự động và tiên tiến dựa trên nghiên cứu động mới nhất.
Các chỉ mục khác có thể được sử dụng nhưng chúng không được liệt kê ở đây.Bột được đặt trong các ống kim loại và trải qua quá trình khởi tạo tự động nghiêm ngặt.Phép ngoại suy của tham số động n1/2 và mật độ cực đại ρ(∞) được lấy từ đường cong nén.
Một ống trụ rỗng nhẹ nằm phía trên lớp bột để giữ mức độ tiếp xúc giữa bột và không khí trong quá trình nén.Ống chứa mẫu bột nâng lên một độ cao cố định ∆Z rồi rơi tự do xuống một độ cao thường cố định ở ∆Z = 1 mm hoặc ∆Z = 3 mm, được đo tự động sau mỗi lần va đập.Theo chiều cao có thể tính được thể tích V của cọc.
Mật độ là tỷ số giữa khối lượng m và thể tích V của lớp bột.Khối lượng bột m đã biết, mật độ ρ được áp dụng sau mỗi lần nhả.
Hệ số Hausner Hr liên quan đến tốc độ đầm nén và được phân tích theo phương trình Hr = ρ(500) / ρ(0), trong đó ρ(0) là mật độ khối ban đầu và ρ(500) là mật độ vòi tính toán sau 500 vòi.Kết quả có thể được lặp lại với một lượng nhỏ bột (thường là 35 ml) bằng phương pháp GranuPack.
Các đặc tính của bột và bản chất của vật liệu làm nên thiết bị là những thông số chính.Trong quá trình chảy, các điện tích tĩnh điện được tạo ra bên trong bột và các điện tích này được gây ra bởi hiệu ứng điện ma sát, sự trao đổi điện tích khi hai chất rắn tiếp xúc.
Khi bột chảy bên trong thiết bị, hiệu ứng điện ma sát xảy ra ở điểm tiếp xúc giữa các hạt và ở điểm tiếp xúc giữa hạt và thiết bị.
Khi tiếp xúc với vật liệu đã chọn, GranuCharge sẽ tự động đo lượng điện tích tĩnh điện được tạo ra bên trong bột trong quá trình chảy.Một mẫu bột chảy trong ống chữ V đang rung và rơi vào cốc Faraday được nối với điện kế để đo điện tích mà bột thu được khi nó di chuyển qua ống chữ V.Để có kết quả có thể lặp lại, hãy nạp ống V thường xuyên bằng thiết bị quay hoặc rung.
Hiệu ứng điện ma sát làm cho một vật thể nhận thêm electron trên bề mặt của nó và do đó mang điện tích âm, trong khi một vật thể khác mất electron và do đó mang điện tích dương.Một số vật liệu thu electron dễ dàng hơn những vật liệu khác và tương tự, các vật liệu khác dễ mất electron hơn.
Vật liệu nào trở nên âm và vật liệu nào trở nên dương phụ thuộc vào xu hướng tương đối của các vật liệu liên quan để nhận hoặc mất electron.Để thể hiện những xu hướng này, chuỗi điện ma sát trong Bảng 1 đã được phát triển.Những vật liệu có xu hướng tích điện dương và những vật liệu khác có xu hướng tích điện âm được liệt kê, trong khi những vật liệu không thể hiện xu hướng hành vi được liệt kê ở giữa bảng.
Mặt khác, bảng này chỉ cung cấp thông tin về xu hướng hành vi tích điện của vật liệu, vì vậy GranuCharge được tạo ra để cung cấp các giá trị chính xác cho hành vi tích điện của bột.
Một số thí nghiệm đã được thực hiện để phân tích sự phân hủy nhiệt.Các mẫu được để ở 200°C trong một đến hai giờ.Bột sau đó được phân tích ngay lập tức bằng GranuDrum (tên nhiệt).Sau đó, bột được đặt trong thùng chứa cho đến khi đạt đến nhiệt độ môi trường và sau đó được phân tích bằng GranuDrum, GranuPack và GranuCharge (tức là “lạnh”).
Các mẫu thô được phân tích bằng GranuPack, GranuDrum và GranuCharge ở cùng độ ẩm/nhiệt độ phòng, tức là độ ẩm tương đối 35,0 ± 1,5% và nhiệt độ 21,0 ± 1,0 °C.
Chỉ số gắn kết tính toán khả năng chảy của bột và tương quan với những thay đổi về vị trí của bề mặt phân cách (bột/không khí), chỉ phản ánh ba lực tiếp xúc (van der Waals, mao dẫn và tĩnh điện).Trước khi thí nghiệm, ghi lại độ ẩm tương đối (RH, %) và nhiệt độ (°C).Sau đó đổ bột vào thùng trống và bắt đầu thí nghiệm.
Chúng tôi kết luận rằng những sản phẩm này không nhạy cảm với hiện tượng đóng bánh khi xem xét các thông số thixotropic.Điều thú vị là, ứng suất nhiệt đã thay đổi đặc tính lưu biến của bột của mẫu A và B từ dày cắt sang cắt mỏng.Mặt khác, Mẫu C và SS 316L không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và chỉ thể hiện độ dày khi cắt.Mỗi loại bột cho thấy khả năng lan rộng tốt hơn (tức là chỉ số kết dính thấp hơn) sau khi gia nhiệt và làm mát.
Hiệu ứng nhiệt độ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt riêng của các hạt.Độ dẫn nhiệt của vật liệu càng lớn thì ảnh hưởng đến nhiệt độ càng lớn (tức là ???225°?=250??.?-1.?-1) và ?316?225°?=19??.?-1.?-1), các hạt càng nhỏ thì ảnh hưởng của nhiệt độ càng quan trọng.Làm việc ở nhiệt độ cao là một lựa chọn tốt cho bột hợp kim nhôm do khả năng lan rộng của chúng tăng lên và các mẫu được làm lạnh đạt được khả năng chảy tốt hơn so với bột nguyên chất.
Đối với mỗi thí nghiệm GranuPack, trọng lượng của bột được ghi lại trước mỗi thí nghiệm và mẫu phải chịu 500 lần va chạm với tần số va chạm là 1 Hz với cảm biến đo rơi tự do 1 mm (năng lượng va chạm ∝).Các mẫu được phân phối vào các ô đo theo hướng dẫn của phần mềm độc lập với người dùng.Các phép đo sau đó được lặp lại hai lần để đánh giá độ tái lập và kiểm tra giá trị trung bình và độ lệch chuẩn.
Sau khi phân tích GranuPack hoàn tất, mật độ đóng gói ban đầu (ρ(0)), mật độ đóng gói cuối cùng (trên một vài lần nhấp chuột, n = 500, tức là ρ(500)), tỷ lệ Hausner/chỉ số Carr (Hr/Cr) và hai giá trị được ghi lại các tham số (n1/2 và τ) liên quan đến động lực nén.Mật độ tối ưu ρ(∞) cũng được trình bày (xem Phụ lục 1).Bảng dưới đây sắp xếp lại dữ liệu thử nghiệm.
Hình 6 và 7 thể hiện đường cong nén tổng thể (mật độ khối so với số lần va đập) và tỷ lệ tham số n1/2/Hausner.Các thanh lỗi được tính toán bằng cách sử dụng giá trị trung bình được hiển thị trên mỗi đường cong và độ lệch chuẩn được tính toán từ các thử nghiệm độ lặp lại.
Sản phẩm thép không gỉ 316L là sản phẩm nặng nhất (ρ(0) = 4,554 g/mL).Xét về mật độ khai thác, SS 316L vẫn là loại bột nặng nhất (ρ(n) = 5,044 g/mL), tiếp theo là Mẫu A (ρ(n) = 1,668 g/mL), tiếp theo là Mẫu B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Mẫu C là thấp nhất (ρ(n) = 1,581 g/mL).Theo mật độ khối của bột ban đầu, chúng ta thấy mẫu A là nhẹ nhất và có tính đến sai số (1,380 g / ml), mẫu B và C có giá trị xấp xỉ nhau.
Khi bột được nung nóng, tỷ lệ Hausner của nó giảm xuống, điều này chỉ xảy ra với các mẫu B, C và SS 316L.Đối với Mẫu A, điều này không thể thực hiện được do kích thước của các thanh lỗi.Đối với n1/2, xu hướng tham số khó xác định hơn.Đối với mẫu A và SS 316L, giá trị n1/2 giảm sau 2 giờ ở 200°C, trong khi đối với bột B và C, giá trị này tăng lên sau khi nạp nhiệt.
Một bộ cấp liệu rung được sử dụng cho mỗi thí nghiệm GranuCharge (xem Hình 8).Sử dụng ống thép không gỉ 316L.Các phép đo được lặp lại 3 lần để đánh giá độ tái lập.Trọng lượng của sản phẩm được sử dụng cho mỗi lần đo là khoảng 40 ml và không thu hồi được bột sau khi đo.
Trước thí nghiệm, trọng lượng của bột (mp, g), độ ẩm không khí tương đối (RH, %) và nhiệt độ (° C) được ghi lại.Khi bắt đầu thử nghiệm, đo mật độ điện tích của bột sơ cấp (q0 tính bằng µC/kg) bằng cách cho bột vào cốc Faraday.Cuối cùng, ghi lại khối lượng của bột và tính mật độ điện tích cuối cùng (qf, µC/kg) và Δq (Δq = qf – q0) khi kết thúc thí nghiệm.
Dữ liệu GranuCharge thô được hiển thị trong Bảng 2 và Hình 9 (σ là độ lệch chuẩn được tính từ kết quả kiểm tra độ tái lập) và kết quả được trình bày dưới dạng biểu đồ (chỉ hiển thị q0 và Δq).SS 316L có chi phí ban đầu thấp nhất;điều này có thể là do sản phẩm này có PSD cao nhất.Về lượng điện tích ban đầu của bột hợp kim nhôm sơ cấp, không thể rút ra kết luận do sai số quá lớn.
Sau khi tiếp xúc với ống thép không gỉ 316L, mẫu A thu được lượng điện tích ít nhất so với bột B và C, điều này làm nổi bật xu hướng tương tự, khi bột SS 316L được cọ xát với SS 316L, mật độ điện tích gần bằng 0 được tìm thấy (xem điện ma sát loạt).Sản phẩm B vẫn tích điện nhiều hơn A. Đối với mẫu C, xu hướng tiếp tục (điện tích ban đầu dương và điện tích cuối cùng sau khi rò rỉ), nhưng số lượng điện tích tăng lên sau khi phân hủy nhiệt.
Sau 2 giờ chịu nhiệt ở 200°C, trạng thái của bột trở nên ngoạn mục.Trong các mẫu A và B, điện tích ban đầu giảm và điện tích cuối cùng chuyển từ âm sang dương.Bột SS 316L có điện tích ban đầu cao nhất và sự thay đổi mật độ điện tích của nó trở nên dương nhưng vẫn ở mức thấp (tức là 0,033 nC/g).
Chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự phân hủy nhiệt đến hoạt động kết hợp của hợp kim nhôm (AlSi10Mg) và bột thép không gỉ 316L trong khi phân tích bột ban đầu trong không khí xung quanh sau 2 giờ ở 200°C.
Việc sử dụng bột ở nhiệt độ cao có thể cải thiện khả năng lan truyền của sản phẩm và hiệu ứng này dường như quan trọng hơn đối với bột có diện tích bề mặt riêng cao và vật liệu có độ dẫn nhiệt cao.GranuDrum được sử dụng để đánh giá dòng chảy, GranuPack được sử dụng để phân tích động lực làm đầy và GranuCharge được sử dụng để phân tích điện ma sát của bột khi tiếp xúc với ống thép không gỉ 316L.
Những kết quả này được thiết lập bằng GranuPack, cho thấy sự cải thiện hệ số Hausner cho từng loại bột (ngoại trừ mẫu A do lỗi kích thước) sau quá trình ứng suất nhiệt.Nhìn vào các thông số đóng gói (n1/2), không có xu hướng rõ ràng vì một số sản phẩm cho thấy tốc độ đóng gói tăng lên trong khi những sản phẩm khác lại có hiệu ứng tương phản (ví dụ Mẫu B và C).
Thời gian đăng: Jan-10-2023