Cynnydd Ymchwil ar Atomization Nwy ar gyfer Paratoi Powdrau Metel a Ddefnyddir mewn Argraffu 3D
Daeth technoleg argraffu 3D, a elwir hefyd yn weithgynhyrchu ychwanegion, i'r amlwg yn y 1930au. Mae'n dechneg sy'n adeiladu rhannau fesul haen (ee, defnyddio powdrau metel) yn seiliedig ar fodel tri dimensiwn a gynhyrchir gan gyfrifiadur . O'i gymharu â gweithgynhyrchu tynnu traddodiadol, mae argraffu 3D yn cynnig manteision megis rhyddid dylunio uchel, defnydd uchel o ddeunyddiau, a'r gallu i wneud strwythurau cymhleth, gan ddangos rhagolygon cymhwyso eang mewn awyrofod, dyfeisiau meddygol, gweithgynhyrchu manwl gywir, a meysydd eraill. Mae datblygiad argraffu metel 3D yn dibynnu'n fawr ar bowdrau metel perfformiad uchel, y mae eu nodweddion yn pennu ansawdd a pherfformiad rhannau printiedig yn uniongyrchol. Rhaid i bowdrau metel delfrydol ar gyfer argraffu 3D feddu ar sphericity uchel, maint gronynnau bach, dosbarthiad maint gronynnau cul, purdeb uchel, a llifadwyedd da.
Dechreuodd atomization nwy (GA), fel y prif ddull ar gyfer cynhyrchu powdrau metel, yn y 1920au. Mae'n defnyddio jet nwy cyflymder uchel i effeithio ar lif o fetel tawdd, gan ei dorri'n ddefnynnau bach sy'n caledu yn bowdrau sfferig wrth oeri. Mae powdrau a gynhyrchir gan y dull hwn yn arddangos cyfansoddiad unffurf, sphericity uchel, a chynnwys amhuredd isel, ac ar hyn o bryd maent yn cyfrif am 30% -50% o gyfanswm cynhyrchu powdrau metel ar gyfer argraffu 3D. Fodd bynnag, mae atomization nwy yn broses gymhleth sy'n cynnwys cyplu llif cyfnod dau- nwy-hylif; gall newidiadau cynnil mewn paramedrau proses arwain at wahaniaethau sylweddol mewn nodweddion powdr, a thrwy hynny effeithio ar berfformiad rhannau printiedig. Felly, mae adolygiad systematig o gynnydd ymchwil mewn technoleg atomization nwy o bwysigrwydd mawr ar gyfer hyrwyddo datblygiad y diwydiant argraffu 3D.
Gofynion perfformiad powdrau metel ar gyfer argraffu 3D
Yn y broses argraffu 3D, mae powdrau metel yn gwasanaethu fel y deunydd crai, ac mae eu perfformiad yn effeithio'n uniongyrchol ar unffurfiaeth taenu powdr, ansawdd sintering, a phriodweddau mecanyddol terfynol y rhannau. Mae dangosyddion perfformiad allweddol yn cynnwys purdeb powdr, maint gronynnau, cynnwys ocsigen, ac ailgylchadwyedd.
2.1 Purdeb powdr
Gall presenoldeb elfennau amhuredd adweithio â'r powdr sylfaen, gan leihau sefydlogrwydd thermodynamig a phriodweddau mecanyddol y deunydd. Er enghraifft, mae powdr aloi Ti-6Al-4V yn amsugno N, O, H ac elfennau eraill yn hawdd pan gaiff ei gynhesu, gan arwain at ddiraddio perfformiad. Fodd bynnag, mewn rhai achosion, gall amhureddau gael effeithiau cadarnhaol, megis amhureddau mewn powdr ceramig Al2O3 a all ostwng y tymheredd sintering a hwyluso'r broses. Felly, rhaid addasu purdeb powdr yn ôl y cais penodol.
2.2 Maint gronynnau
Mae maint gronynnau'n effeithio'n uniongyrchol ar drwch haen taenu powdr (50-100 μm fel arfer) a'r grym gyrru sintering. Mae prosesau ffurfio laser yn aml yn defnyddio meintiau gronynnau powdr o 30-50 μm, tra bod ffurfio trawst electron yn defnyddio 50-90 μm. Mae gronynnau sy'n rhy fân yn dueddol o achosi ffenomenau ymledu a "pelio" anwastad, tra bod gronynnau rhy fras yn cynyddu'r ongl dargyfeirio ac yn lleihau effeithlonrwydd defnydd. Yn ddelfrydol, mae angen cymysgedd o bowdrau mân a bras mewn cymhareb briodol i gydbwyso llifadwyedd a pherfformiad sintro.
2.3 Cynnwys ocsigen
Mae cynnwys ocsigen yn tarddu'n bennaf o'r nwy atomization ac offer. Gall halogiad ocsigen uchel ffurfio ffiniau gronynnau blaenorol (PPB), perfformiad aloi sy'n dirywio. Mae astudiaethau wedi dangos bod cynnwys ocsigen powdrau yn gysylltiedig â maint gronynnau; wrth i faint gronynnau leihau, mae cynnwys ocsigen yn cynyddu. Gall triniaeth gwresogi neu leihau gwactod leihau cynnwys ocsigen yn effeithiol.
2.4 Ailgylchu powdr
Mae cost powdrau argraffu 3D yn uchel, a gall ailgylchu arbed deunyddiau crai yn sylweddol. Er enghraifft, ar ôl 21 cylch o ddefnydd, dangosodd powdr Ti-6Al-4V gynnydd mewn cynnwys ocsigen o ddim ond 0.08% i 0.19%, a gellid ailddefnyddio gronynnau heb eu toddi. Gall cynyddu nifer y cylchoedd ailgylchu wella dwysedd tapiau a llifadwyedd heb effeithio ar y microstrwythur neu briodweddau mecanyddol.
Egwyddorion sylfaenol cynhyrchu powdr trwy atomization nwy
Mae atomization nwy yn defnyddio jet nwy cyflymder uchel i dorri llif o fetel tawdd yn ddefnynnau, sydd wedyn yn solidoli i mewn i bowdrau sfferig wrth oeri. Mae'r broses yn cynnwys tri cham: toddi metel, gwrthdaro atomization, ac oeri / solidoli. Defnyddir nwyon anadweithiol (ee, nitrogen, argon) yn gyffredin fel y cyfrwng atomization i osgoi ocsideiddio. Gellir rhannu'r broses atomization nwy yn bedwar parth:
Parth I (parth cythrwfl pwysau negyddol):Mae'r nwy atomization yn creu pwysau negyddol wrth allanfa'r ffroenell, sy'n tynnu'r llif metel tawdd a'i wasgaru yn stribedi hylif.
Parth II (parth ffurfio defnynnau cynradd):I ddechrau, caiff y stribedi hylif eu torri'n ddefnynnau o dan weithrediadau tensiwn arwyneb a llif nwy.
Parth III (parth atomization effeithiol):Mae'r jet nwy cyflymder uchel yn torri'r defnynnau ymhellach yn ronynnau mân.
Parth IV (parth oeri a chadarnhau):Mae'r defnynnau'n disgyn yn rhydd ac yn solidoli i mewn i bowdrau sfferig wrth oeri.