Kami menggunakan cookie untuk meningkatkan pengalaman Anda.Dengan terus menelusuri situs ini, Anda menyetujui penggunaan cookie kami.Informasi tambahan.
Manufaktur aditif (AM) melibatkan pembuatan objek tiga dimensi, satu lapisan ultra-tipis dalam satu waktu, sehingga lebih mahal dibandingkan permesinan tradisional.Namun, hanya sebagian kecil bubuk yang disimpan selama proses perakitan yang disolder ke dalam komponen.Sisanya tidak meleleh, sehingga bisa digunakan kembali.Sebaliknya, jika objek dibuat secara klasik, biasanya diperlukan penghilangan material melalui penggilingan dan pemesinan.
Karakteristik bedak menentukan parameter mesin dan harus diperhatikan terlebih dahulu.Biaya AM tidak ekonomis mengingat bubuk yang tidak dicairkan terkontaminasi dan tidak dapat didaur ulang.Kerusakan pada serbuk menghasilkan dua fenomena: modifikasi kimia produk dan perubahan sifat mekanik seperti morfologi dan distribusi ukuran partikel.
Dalam kasus pertama, tugas utamanya adalah membuat struktur padat yang mengandung paduan murni, jadi kita perlu menghindari kontaminasi bubuk, misalnya dengan oksida atau nitrida.Dalam kasus terakhir, parameter ini berhubungan dengan fluiditas dan daya sebar.Oleh karena itu, setiap perubahan sifat bubuk dapat menyebabkan distribusi produk yang tidak merata.
Data dari publikasi terbaru menunjukkan bahwa flowmeter klasik tidak dapat memberikan informasi yang memadai mengenai kemampuan mengalir bubuk dalam produksi aditif lapisan bubuk.Mengenai karakterisasi bahan mentah (atau bubuk), terdapat beberapa metode pengukuran yang tepat di pasaran yang dapat memenuhi persyaratan ini.Keadaan tegangan dan medan aliran serbuk harus sama dalam sel pengukur dan dalam proses.Kehadiran beban tekan tidak sesuai dengan aliran permukaan bebas yang digunakan pada perangkat AM pada penguji sel geser dan rheometer klasik.
GranuTools telah mengembangkan alur kerja untuk karakterisasi bubuk dalam pembuatan aditif.Tujuan utama kami adalah memiliki satu alat per geometri untuk pemodelan proses yang akurat, dan alur kerja ini digunakan untuk memahami dan melacak evolusi kualitas bubuk pada beberapa proses pencetakan.Beberapa paduan aluminium standar (AlSi10Mg) dipilih untuk durasi berbeda pada beban termal berbeda (dari 100 hingga 200 °C).
Degradasi termal dapat dikendalikan dengan menganalisis kemampuan bubuk untuk menyimpan muatan.Serbuk dianalisis sifat alirnya (instrumen GranuDrum), kinetika pengepakan (instrumen GranuPack) dan perilaku elektrostatis (instrumen GranuCharge).Pengukuran kinetika kohesi dan pengepakan tersedia untuk massa bubuk berikut.
Serbuk yang mudah menyebar akan mengalami indeks kohesi yang rendah, sedangkan serbuk dengan dinamika pengisian yang cepat akan menghasilkan bagian mekanis dengan porositas yang lebih kecil dibandingkan dengan produk yang lebih sulit untuk diisi.
Tiga bubuk paduan aluminium (AlSi10Mg) disimpan di laboratorium kami selama beberapa bulan, dengan distribusi ukuran partikel berbeda, dan satu sampel baja tahan karat 316L, yang disebut di sini sebagai sampel A, B dan C, dipilih.Karakteristik sampel mungkin berbeda dari sampel lainnya.produsen.Distribusi ukuran partikel sampel diukur dengan analisis difraksi laser/ISO 13320.
Karena mereka mengontrol parameter mesin, sifat-sifat bubuk harus dipertimbangkan terlebih dahulu, dan jika kita menganggap bubuk yang tidak dicairkan terkontaminasi dan tidak dapat didaur ulang, biaya pembuatan aditif tidak akan seekonomis yang kita inginkan.Oleh karena itu, tiga parameter akan diselidiki: aliran serbuk, kinetika pengepakan, dan elektrostatika.
Daya sebar berhubungan dengan keseragaman dan “kehalusan” lapisan bubuk setelah operasi pelapisan ulang.Hal ini sangat penting karena permukaan yang halus lebih mudah untuk dicetak dan dapat diperiksa dengan alat GranuDrum dengan pengukuran indeks adhesi.
Karena pori-pori merupakan titik lemah suatu bahan, maka pori-pori dapat menyebabkan keretakan.Dinamika pengepakan adalah parameter penting kedua karena bubuk pengepakan cepat memiliki porositas rendah.Perilaku ini telah diukur dengan GranuPack dengan nilai n1/2.
Adanya muatan listrik pada serbuk menimbulkan gaya kohesif yang mengarah pada pembentukan aglomerat.GranuCharge mengukur kemampuan bubuk untuk menghasilkan muatan elektrostatis saat bersentuhan dengan material tertentu selama aliran.
Selama pemrosesan, GranuCharge dapat memprediksi penurunan aliran, seperti pembentukan lapisan di AM.Dengan demikian, pengukuran yang diperoleh sangat sensitif terhadap keadaan permukaan butiran (oksidasi, kontaminasi dan kekasaran).Penuaan bubuk yang diperoleh kemudian dapat diukur secara akurat (±0,5 nC).
GranuDrum didasarkan pada prinsip drum yang berputar dan merupakan metode terprogram untuk mengukur kemampuan mengalir suatu bubuk.Sebuah silinder horizontal dengan dinding samping transparan berisi setengah dari sampel bubuk.Drum berputar pada porosnya dengan kecepatan sudut 2 hingga 60 rpm, dan kamera CCD mengambil gambar (dari 30 hingga 100 gambar dengan interval 1 detik).Antarmuka udara/bubuk diidentifikasi pada setiap gambar menggunakan algoritma deteksi tepi.
Hitung posisi rata-rata antarmuka dan osilasi di sekitar posisi rata-rata ini.Untuk setiap kecepatan rotasi, sudut aliran (atau “sudut istirahat dinamis”) αf dihitung dari posisi antarmuka rata-rata, dan indeks adhesi dinamis σf, yang mengacu pada ikatan antarpartikel, dianalisis dari fluktuasi antarmuka.
Sudut aliran dipengaruhi oleh sejumlah parameter: gesekan antar partikel, bentuk dan kohesi (van der Waals, gaya elektrostatik dan kapiler).Serbuk kohesif menghasilkan aliran yang terputus-putus, sedangkan serbuk non-kohesif menghasilkan aliran yang teratur.Nilai sudut aliran αf yang lebih kecil menunjukkan sifat aliran yang baik.Indeks adhesi dinamis yang mendekati nol berhubungan dengan bubuk non-kohesif, oleh karena itu, seiring dengan peningkatan daya rekat bubuk, indeks adhesi juga meningkat.
GranuDrum memungkinkan Anda mengukur sudut longsoran pertama dan aerasi bubuk selama aliran, serta mengukur indeks adhesi σf dan sudut aliran αf bergantung pada kecepatan putaran.
Pengukuran densitas curah, kepadatan sadapan, dan rasio Hausner GranuPack (juga disebut “tes sentuh”) sangat populer dalam karakterisasi bubuk karena kemudahan dan kecepatan pengukurannya.Kepadatan bubuk dan kemampuan untuk meningkatkan kepadatannya merupakan parameter penting selama penyimpanan, transportasi, aglomerasi, dll. Prosedur yang direkomendasikan dijelaskan dalam Farmakope.
Tes sederhana ini memiliki tiga kelemahan utama.Pengukurannya bergantung pada operator dan metode pengisian mempengaruhi volume bubuk awal.Pengukuran volume secara visual dapat menyebabkan kesalahan serius pada hasil.Karena kesederhanaan percobaan, kami mengabaikan dinamika pemadatan antara dimensi awal dan akhir.
Perilaku bubuk yang dimasukkan ke saluran keluar kontinyu dianalisis menggunakan peralatan otomatis.Ukur secara akurat koefisien Hausner Hr, kepadatan awal ρ(0) dan kepadatan akhir ρ(n) setelah n klik.
Jumlah ketukan biasanya ditetapkan pada n=500.GranuPack adalah pengukuran kepadatan penyadapan otomatis dan canggih berdasarkan penelitian dinamis terkini.
Indeks lain dapat digunakan, namun tidak tercantum di sini.Bubuk tersebut ditempatkan dalam tabung logam dan melewati proses inisialisasi otomatis yang ketat.Ekstrapolasi parameter dinamis n1/2 dan kepadatan maksimum ρ(∞) diambil dari kurva pemadatan.
Silinder berongga ringan ditempatkan di atas alas serbuk untuk menjaga tingkat antarmuka serbuk/udara selama pemadatan.Tabung yang berisi sampel bubuk naik ke ketinggian tetap ∆Z dan kemudian jatuh bebas ke ketinggian, biasanya ditetapkan pada ∆Z = 1 mm atau ∆Z = 3 mm, diukur secara otomatis setelah setiap tumbukan.Berdasarkan tingginya, Anda dapat menghitung volume V tumpukan.
Massa jenis adalah perbandingan massa m dengan volume V lapisan serbuk.Massa bubuk m diketahui, kepadatan ρ diterapkan setelah setiap pelepasan.
Koefisien Hausner Hr berhubungan dengan laju pemadatan dan dianalisis dengan persamaan Hr = ρ(500) / ρ(0), dimana ρ(0) adalah kepadatan curah awal dan ρ(500) adalah kepadatan tap yang dihitung setelah 500 keran.Hasilnya dapat direproduksi dengan sedikit bubuk (biasanya 35 ml) menggunakan metode GranuPack.
Sifat bubuk dan sifat bahan pembuat perangkat merupakan parameter utama.Selama aliran, muatan elektrostatik dihasilkan di dalam bubuk, dan muatan ini disebabkan oleh efek triboelektrik, pertukaran muatan ketika dua padatan bersentuhan.
Ketika bubuk mengalir di dalam perangkat, efek triboelektrik terjadi pada kontak antar partikel dan pada kontak antara partikel dan perangkat.
Setelah bersentuhan dengan material yang dipilih, GranuCharge secara otomatis mengukur jumlah muatan elektrostatis yang dihasilkan di dalam bubuk selama aliran.Sampel serbuk mengalir dalam tabung V yang bergetar dan jatuh ke dalam cangkir Faraday yang dihubungkan ke elektrometer yang mengukur muatan yang diperoleh bubuk saat bergerak melalui tabung V.Untuk hasil yang dapat direproduksi, masukkan tabung-V sesering mungkin dengan perangkat yang berputar atau bergetar.
Efek triboelektrik menyebabkan suatu benda memperoleh elektron pada permukaannya sehingga bermuatan negatif, sedangkan benda lain kehilangan elektron sehingga bermuatan positif.Beberapa bahan lebih mudah memperoleh elektron dibandingkan bahan lain, demikian pula bahan lain lebih mudah kehilangan elektron.
Materi mana yang menjadi negatif dan mana yang menjadi positif bergantung pada kecenderungan relatif materi yang terlibat untuk memperoleh atau kehilangan elektron.Untuk mewakili tren ini, deret triboelektrik yang ditunjukkan pada Tabel 1 dikembangkan.Bahan yang cenderung bermuatan positif dan bahan lain yang cenderung bermuatan negatif dicantumkan, sedangkan bahan yang tidak menunjukkan kecenderungan perilaku dicantumkan di tengah tabel.
Di sisi lain, tabel ini hanya memberikan informasi tentang tren perilaku muatan material, sehingga GranuCharge diciptakan untuk memberikan nilai akurat untuk perilaku muatan serbuk.
Beberapa percobaan dilakukan untuk menganalisis dekomposisi termal.Sampel dibiarkan pada suhu 200°C selama satu hingga dua jam.Serbuk tersebut kemudian segera dianalisis dengan GranuDrum (nama termal).Serbuk tersebut kemudian ditempatkan dalam wadah hingga mencapai suhu sekitar dan kemudian dianalisis menggunakan GranuDrum, GranuPack dan GranuCharge (yaitu “dingin”).
Sampel mentah dianalisis menggunakan GranuPack, GranuDrum dan GranuCharge pada kelembaban/suhu ruangan yang sama, yaitu kelembaban relatif 35,0 ± 1,5% dan suhu 21,0 ± 1,0 °C.
Indeks kohesi menghitung kemampuan mengalir serbuk dan berkorelasi dengan perubahan posisi antarmuka (bubuk/udara), yang hanya mencerminkan tiga gaya kontak (van der Waals, kapiler, dan elektrostatis).Sebelum percobaan, catat kelembaban relatif (RH, %) dan suhu (°C).Kemudian tuangkan bubuk tersebut ke dalam wadah drum dan mulailah percobaan.
Kami menyimpulkan bahwa produk ini tidak sensitif terhadap penggumpalan ketika mempertimbangkan parameter tiksotropik.Menariknya, tekanan termal mengubah perilaku reologi bubuk sampel A dan B dari penebalan geser menjadi penipisan geser.Sebaliknya, Sampel C dan SS 316L tidak terpengaruh oleh suhu dan hanya menunjukkan penebalan geser.Setiap bubuk menunjukkan daya sebar yang lebih baik (yaitu indeks kohesi yang lebih rendah) setelah pemanasan dan pendinginan.
Pengaruh suhu juga bergantung pada luas permukaan spesifik partikel.Semakin besar konduktivitas termal bahan, semakin besar pengaruhnya terhadap suhu (yaitu ???225°?=250?.?-1.?-1) dan ?316?225°?=19?.?-1.?-1), semakin kecil partikelnya, semakin penting pengaruh suhunya.Bekerja pada suhu tinggi adalah pilihan yang baik untuk bubuk paduan aluminium karena daya sebarnya meningkat, dan sampel yang didinginkan mencapai kemampuan mengalir yang lebih baik dibandingkan dengan bubuk murni.
Untuk setiap percobaan GranuPack, berat serbuk dicatat sebelum setiap percobaan, dan sampel dikenai 500 tumbukan dengan frekuensi tumbukan 1 Hz dengan jatuh bebas sel pengukur 1 mm (energi tumbukan ∝).Sampel disalurkan ke dalam sel pengukuran sesuai dengan instruksi perangkat lunak yang tidak bergantung pada pengguna.Pengukuran kemudian diulangi dua kali untuk menilai reproduktifitas dan untuk memeriksa mean dan deviasi standar.
Setelah analisis GranuPack selesai, kepadatan pengepakan awal (ρ(0)), kepadatan pengepakan akhir (pada beberapa klik, n = 500, yaitu ρ(500)), rasio Hausner/indeks Carr (Hr/Cr), dan dua dicatat parameter (n1/2 dan τ) terkait dengan dinamika pemadatan.Kepadatan optimal ρ(∞) juga ditampilkan (lihat Lampiran 1).Tabel di bawah mengatur ulang data eksperimen.
Gambar 6 dan 7 menunjukkan kurva pemadatan keseluruhan (kepadatan curah versus jumlah dampak) dan rasio parameter n1/2/Hausner.Bilah kesalahan yang dihitung menggunakan rata-rata ditampilkan pada setiap kurva, dan deviasi standar dihitung dari uji keterulangan.
Produk baja tahan karat 316L merupakan produk terberat (ρ(0) = 4,554 g/mL).Dari segi kepadatan sadapan, SS 316L masih merupakan serbuk terberat (ρ(n) = 5,044 g/mL), disusul Sampel A (ρ(n) = 1,668 g/mL), disusul Sampel B (ρ (n) = 1,668 g/ml) (n) = 1,645 g/ml).Sampel C paling rendah (ρ(n) = 1,581 g/mL).Berdasarkan massa jenis bubuk awal, kita melihat bahwa sampel A adalah yang paling ringan, dan dengan mempertimbangkan kesalahan (1,380 g/ml), sampel B dan C memiliki nilai yang kira-kira sama.
Ketika serbuk dipanaskan, rasio Hausnernya menurun, yang hanya terjadi pada sampel B, C dan SS 316L.Untuk Sampel A, hal ini tidak dapat dilakukan karena ukuran bilah kesalahan.Untuk n1/2, tren parameter lebih sulit diidentifikasi.Untuk sampel A dan SS 316L, nilai n1/2 menurun setelah 2 jam pada suhu 200°C, sedangkan untuk bubuk B dan C meningkat setelah pembebanan termal.
Pengumpan bergetar digunakan untuk setiap percobaan GranuCharge (lihat Gambar 8).Gunakan pipa baja tahan karat 316L.Pengukuran diulang 3 kali untuk menilai reproduktifitas.Berat produk yang digunakan untuk setiap pengukuran kira-kira 40 ml dan tidak ada bubuk yang diperoleh setelah pengukuran.
Sebelum percobaan, berat serbuk (mp, g), kelembaban udara relatif (RH, %), dan suhu (°C) dicatat.Pada awal pengujian, ukur kepadatan muatan serbuk primer (q0 dalam µC/kg) dengan memasukkan serbuk ke dalam cangkir Faraday.Terakhir, catat massa serbuk dan hitung massa jenis muatan akhir (qf, µC/kg) dan Δq (Δq = qf – q0) di akhir percobaan.
Data mentah GranuCharge ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 9 (σ adalah simpangan baku yang dihitung dari hasil uji reprodusibilitas), dan hasilnya disajikan dalam bentuk histogram (hanya q0 dan Δq yang ditampilkan).SS 316L memiliki biaya awal terendah;ini mungkin karena produk ini memiliki PSD tertinggi.Mengenai jumlah muatan awal bubuk paduan aluminium primer, tidak ada kesimpulan yang dapat ditarik karena besarnya kesalahan.
Setelah kontak dengan pipa baja tahan karat 316L, sampel A memperoleh jumlah muatan paling sedikit dibandingkan dengan bubuk B dan C, yang menunjukkan tren serupa, ketika bubuk SS 316L digosok dengan SS 316L, ditemukan kerapatan muatan mendekati 0 (lihat triboelektrik seri).Produk B masih lebih bermuatan dibandingkan A. Untuk sampel C, trennya terus berlanjut (muatan awal positif dan muatan akhir setelah kebocoran), namun jumlah muatan meningkat setelah degradasi termal.
Setelah 2 jam tekanan termal pada suhu 200 °C, perilaku serbuk menjadi spektakuler.Pada sampel A dan B, muatan awal berkurang dan muatan akhir berubah dari negatif menjadi positif.Serbuk SS 316L memiliki muatan awal tertinggi dan perubahan densitas muatannya menjadi positif namun tetap rendah (yaitu 0,033 nC/g).
Kami menyelidiki efek degradasi termal pada perilaku gabungan paduan aluminium (AlSi10Mg) dan bubuk baja tahan karat 316L sambil menganalisis bubuk asli di udara sekitar setelah 2 jam pada suhu 200°C.
Penggunaan bedak pada suhu tinggi dapat meningkatkan daya sebar produk, dan efek ini tampaknya lebih penting untuk bedak dengan luas permukaan spesifik tinggi dan bahan dengan konduktivitas termal tinggi.GranuDrum digunakan untuk mengevaluasi aliran, GranuPack digunakan untuk analisis pengisian dinamis, dan GranuCharge digunakan untuk menganalisis triboelektrik bubuk yang bersentuhan dengan pipa baja tahan karat 316L.
Hasil ini diperoleh dengan menggunakan GranuPack, yang menunjukkan peningkatan koefisien Hausner untuk setiap bubuk (dengan pengecualian sampel A karena kesalahan ukuran) setelah proses tekanan termal.Melihat parameter pengepakan (n1/2), tidak ada tren yang jelas karena beberapa produk menunjukkan peningkatan kecepatan pengepakan sementara produk lainnya menunjukkan efek yang kontras (misalnya Sampel B dan C).
Waktu posting: 10 Januari 2023