对增材制造中重涂机工艺的粉末铺展性的理解

细粉末和颗粒材料广泛应用于工业应用。欧洲杯足球竞彩为了控制和优化加工工艺，必须对这些材料进行准确的表征。欧洲杯足球竞彩表征技术要么与颗粒的特性(如化学成分、粒度测定、形貌等)有关，要么与散装粉末的行为(如密度、流动性、静电特性、共混稳定性等)有关。

然而，对于散装粉末的物理行为，研发或质量控制实验室使用的方法大多是基于传统的测量方法。在过去的10年里，Granutools不断更新这些方法，以满足当前研发实验室和生产部门的需求。特别地，测量过程已经自动化，严格的初始化技术已经开发出来，以实现可重复和可解释的结果。此外，利用图像分析方法提高了测量精度。

在SLM(选择性激光熔化)，EBM(电子束熔化)和SLS(选择性激光烧结技术)中，使用旋转圆筒或直尺生产连续的薄层粉末。每一层用能量束(电子束或激光束)部分熔化或烧结。垂直分辨率由层厚定义。因此，薄层会产生更好的分辨率。

为了达到这种效果，粉末被制作得尽可能的精细。不幸的是，随着粒径的减小，流动性降低，粘结性增加。此外，粉末对水分变得越来越敏感。因此，有必要找到晶粒尺寸和流动性之间的折衷。采用增材制造技术开发的零件的质量与粉末流动性能直接相关。流动性应足够好，以达到均匀连续的粉末层。

近年来的许多研究表明，传统流量计无法提供基于粉床的粉体流动行为的相关信息。在剪切单元测试和标准流变仪中，压缩载荷的存在与AM设备中使用的自由表面流动不相容。

然而，基于旋转滚筒的测量方法是一个很好的候选方法，因为粉末流动在粉末/空气界面不需要压缩载荷进行精确分析。此外，旋转鼓的几何形状使调查自然曝气的粉末在流动。

本文表明，在地层形成过程中获得波的概率与GranuDrum仪器计算的粘合指数成正比。此外，它可以估计最佳的尺(重划器)速度，以获得均匀层。

GranuDrum

GranuDrum仪器是一种基于旋转滚筒原理的粉末流动性自动测量技术。粉末样品一半装在一个有透明侧壁的水平圆筒中，称为圆筒。滚筒以2到60 rpm的角速度绕其轴旋转。CCD摄像机对每个角速度进行拍照（30到100张图像间隔1秒）。

采用边缘检测算法对每幅图像中的空气/粉末界面进行识别。随后，计算平均界面位置和该平均位置周围的波动。然后，对于每个转速，流动角(也称为“动态休止角”)α_f是由平均界面位置和动态粘性指数σ_f由界面波动计算得到。

一般来说，流动角α值较低_f表示良好的流动性。一组广泛的参数影响流动角度:晶粒的形状，晶粒之间的内聚力(范德华力，静电和毛细管力)，以及晶粒之间的摩擦。动态内聚指数σ_f决定了晶粒之间的内聚力。内聚性粉末的流动是不规则的，而非内聚性粉末的流动是规则的。因此，接近零的动态粘性指数对应非粘性粉末。粉末粘结性的增加导致粘结指数的增加。

颗粒不仅可以测量内聚力指数(CI)和流动角α_f作为一个功能的旋转速度，但也使测量第一次雪崩角度和粉末曝气在流动。

粉末铺展性的测定

粉末描述

本文选用了四种钛粉。它们有不同的大小和形状(cf。图1和图2，亚布罗科娃et al。它们被称为TNZ-1、TiNb-1、Ref-Ti和NiTi-1。

图1所示。(A) TiNb-1， (B) TNZ-1， (C) NiTi-1， (D) reff - ti。

图2。25–45µm组分粉末的SEM照片：（A）TiNb-1，（B）TNZ-1，（C）NiTi-1和（D）在3500倍放大时的参考Ti。

这些粉末是特别选择的，因为其中两种粉末(TiNb-1和NiTi-1)的涂布性能不好，因此开发的粉末层不均匀(不规则和波状，cf。图3（A）。但是，在重新浇水操作后，TNZ-1和Ref-Ti形成一个没有任何不规则的平面（即具有良好的加工性，即铺展性，cf。图3 B)。

图3。在（A）NiTi-1/TiNb-1和（B）TNZ-1/Ref-Ti粉末的SLM构建平台上沉积第一粉末层。

GranuDrum分析

GranuDrum仪器被用来测试这些粉末。结果表明，采用转鼓技术计算的粘聚指标随转速的变化规律。测量已经进行了增加的转速范围从2到20 rpm。

图4。TiNb、TNZ、NiTi和Ref-Ti粉末的黏结指数随转速的变化规律。

从图4中可以看出，NiTi-1和TiNb-1两种不同的流变行为，它们的粘结力指数高，因此加工性能低(形成不均匀的粉末层)。而TNZ-1和reff - ti粉末的粘结指数较小，与其他样品相比具有更好的铺展性和流动性。

最后,GranuDrum仪器能够将一个样品与另一个样品进行比较，并定义一个阈值(在本例中为24)，低于该阈值，可成功实现增材制造过程的选择性激光熔化(SLM)过程。

重装机速度优化

粉用

样品为316L不锈钢粉末(产自Hogänäs)，基本粒径约为50µm。

GranuDrum分析

GranuDrum仪器被用来测试这种粉末。计算得到了颗粒转速与粘聚度和动态休止角的函数关系。测量已经进行了增加转速(从2到60转/分)，然后降低转速(从60到2转/分)。

图5。不锈钢316L粉末的动态休止角与颗粒转速的关系。

图6。不锈钢316L粉末的粘性指数与颗粒转速的关系。

图5表明动态休止角(也称为流动角)随过程速度线性增加。因此，这个参数并不是提高重镀速度的理想参数。

不同转速下的内聚指数变化如图6所示。在2到18 rpm的转速范围内，内聚指数会线性增加。在18到40 rpm的转速范围内，内聚指数会下降，最后，在大于40 rpm的转速范围内，内聚指数会上升。这些结果非常吸引人，因为它们可以使我们得出结论粉末流动性在40 rpm时比在18 rpm时更好。40 rpm左右的再水处理速度将更好地实现具有良好铺展性的最佳再水速度。

此外，有必要将转鼓壁的线速度(根据质量守恒定律与粉末/空气界面层的平均流动速度有关)与复膜速度进行比较。随后，应相应地选择在GranuDrum测量时考虑的速度范围。下一个图演示了表面流动速度作为转鼓转速的函数，以帮助选择正确的转速。

图7。翻盖机的速度(毫米/秒)与颗粒的旋转速度(rpm)。

因此，不锈钢粉末的最佳复盖速度约为175毫米/秒(40转/分)。

结论

GranuDrum仪器可以:

• 对给定粉末的复盖速度进行优化，使其具有最佳的粉末铺展性和最佳的工艺速度
• 根据“铺展性”选择最佳粉末

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