EN
Dnes se podívejme na jednoho neviditelného hrdinu v oblasti aditivní výroby (AM) – rozdělení velikosti částic (PSD) titanového prášku. Může to vypadat jako nepatrná charakteristika, ale rozdělení velikosti částic titanového prášku může rozhodnout o úspěchu či neúspěchu procesu aditivní výroby. Vlastnosti prášku vyjádřené rozdělením velikosti částic mohou být příčinou špatného zhuštění, nekonzistentního toku prášku nebo snížené celkové kvality a konzistence vyráběných dílů. Stačí jen nedostatečné rozdělení velikosti částic, aby byly vysvětleny potíže ve vašem procesu. Problém není pouze v průměrné velikosti částic prášku; rozhodující je právě rozdělení těchto hodnot, které popisuje rozdělení velikosti částic (PSD) prášku.
Jako ilustraci si představte kompozitní materiál používaný k vytvoření pevné, solidní a husté stěny. Pokud například použijeme pouze velké balvany, vzniknou mezi nimi velké mezery. Pokud naopak použijeme pouze jemné částice, kompozit bude mít nedostatečnou stabilitu. Vhodným využitím různě velkých materiálů však lze menší částice použít k vyplnění těchto mezer a vytvoření jednotné struktury. Stejné principy kompozitního materiálu lze aplikovat i na titanový prášek v procesu aditivní výroby (AM). Proudové vlastnosti a hustota balení titanového prášku jsou v podstatě důsledkem charakteristik rozdělení částic podle velikosti (PSD).
Odhalení základních principů rozdělení částic podle velikosti
Nejprve to vysvětlíme. Rozdělení velikosti částic poskytuje statistická data o práškovém vzorku na základě různých velikostních rozdělení jeho složkových částic. Toto rozdělení je obvykle znázorněno graficky. Úzké rozdělení znamená, že většina částic má podobnou velikost. Široké rozdělení znamená přítomnost široké škály velikostí částic. Pokud jde o práškový titan používaný v procesech fúze vrstev prášku (PBF) nebo metalurgického vstřikování kovů (MIM), je vhodné rozdělení navrženo záměrně – není důsledkem náhodné povahy výrobního procesu. Rozdělení velikosti částic optimalizované výrobou prášku metodami KYHE a DH-S® ukazuje záměrnou přesnost pro vyvážený tok, hustotu a vlastnosti konečných součástí, přizpůsobené konkrétním cílům výkonu.
Jak rozdělení velikosti částic (PSD) přímo určuje tekutost prášku
Jde o snadnost a konzistenci, s jakou se prášek pohybuje a proudí. V aditivní výrobě (AM) je to zvláště důležité pro vytváření rovných a rovnoměrných vrstev.
Funkce velmi jemných částic
Velké množství jemných částic může představovat vážný problém. Tyto částice mají tendenci být více kohezní, takže se lepí k sobě díky silám, jako je elektrostatická síla nebo vlhkost. To může vést ke tvorbě shluků, které způsobují špatný tok nebo ucpaní v systémech dávkování a nakonec i ke vzniku nerovnoměrných vrstev v práškovém ložišti. Není proto překvapivé, že špatný tok bude vnímán jako vada konečného výrobku.
Hodnota kulovitých částic a ideální velikost
Zde se KYHE zaměřuje na nejlepší prvky výroby prášků, konkrétně na sféroidizaci a plynovou atomizaci. Jedná se o některé z nejlepších dostupných procesů výroby prášků, které umožňují vytvářet částice dokonale kulovitého tvaru v rozmezí velikostí ideálním pro proudění podobné tekutinám. Když mají částice kulovitý tvar, mohou se navzájem snadno klouzat a válet bez odporu. Pokud je prášek dokonale kulovitý a zároveň má řízené rozdělení velikosti částic (PSD), které minimalizuje jemné, kohezní frakce, dosáhne se vynikajícího proudění. Prášek se chová jako tekutina, což je samozřejmě klíčovým prvkem pro rychlé a nepřetržité nanášení nových vrstev a spolehlivé tvorby vrstev. Tato stále spolehlivá výkonnost je nezbytnou podmínkou pro sériovou výrobu a rozšiřování výroby z fáze vývoje prototypů.
Vztah mezi rozdělením velikosti částic (PSD) a hustotou balení
Hustota balení je popsána jako množství pevného materiálu v daném objemu a minimálně zahrnuje vzduchové mezery (pórovitost). V práškovém loži čím vyšší je hustota balení, tím větší je počet částic, které jsou umístěny těsně vedle sebe bez jakýchkoli srostlin způsobených laserem nebo elektronovým paprskem.
Model „binární směsi“
Klasické vysvětlení uvádí, že bimodální rozdělení – úmyslná směs velkých a malých částic – poskytuje nejvyšší hustotu. Malé částice vyplňují mezery mezi velkými částicemi. Toto balení s vysokou hustotou má významné výhody: snižuje množství energie potřebné k tavení (je méně velkých vzduchových mezer, které je třeba překonat), snižuje míru smrštění v průběhu procesu sintrování a může zlepšit složení konečné součásti snížením míry pórovitosti.
Více než základní modely
Každá metoda používaná v aditivní výrobě (AM) je doprovázena vlastní sadou pokynů a zohlednění, které jsou speciálně přizpůsobeny jejímu zamýšlenému účelu. Při pohledu na metalurgickou injekční formování (MIM) je výhodné dosáhnout vysokých hustot balení. V metodě tavení vrstev pomocí laseru (PBF) však extrémně husté lože prášku může bránit pronikání laseru a narušovat dynamiku tavní lázně. Proto musí rozdělení velikosti částic (PSD) najít správnou rovnováhu mezi ideální hustotou a hustotou, kterou lze laserem efektivně absorbovat za účelem dosažení tavení. V podstatě každý stroj a konkrétní nastavení vyžadují rovnováhu, která vede k ideálnímu PSD. Pokud je to provedeno správně, chování tavení bude vždy stejné.
Přidaná hodnota rozdělení velikosti částic (PSD)
Optimalizace PSD vyvolá pozitivní „lavinový“ efekt na celý systém.
Výtěžnost a stabilita procesu
Pokud je prášek rovnoměrně rozptýlen s konzistentním rozdělením velikosti částic (PSD), je tok prášku nepřerušovaný a výrobní procesy probíhají bez zásahu. Protože vlastnosti prášku (PD) rozhodují o úspěchu či neúspěchu výroby, vyšší úspěšnost znamená méně ztrát materiálu i času stroje a výrazně nižší náklady na jednotlivou součástku pro dokončení zakázky. V kombinaci s technologiemi, jako je např. DH-S® od KYHE, které slibují výrazné snížení ceny kovového prášku, se cena prášku stává mnohem méně problematickou při vysoké spolehlivosti zpracování.
Kvalita povrchu a rozlišení detailů
Konturování a povrchové detaily jsou lepší a rovnoměrnější díky kompaktnějšímu a rovnoměrnějšímu práškovému loži, protože to vytváří hladší a rovnější povrchy na svislých a dolů orientovaných plochách. Laser nebo elektronový paprsek spavuje pevný obrys. Toto je zvláště důležité u složitých aplikací ve všech řešeních KYHE, včetně lékařských implantátů, leteckého a kosmického průmyslu a vysokoúrovňových elektronických zařízení pro spotřební elektroniku (3C).
Účinnost a udržitelnost materiálů
Optimalizované rozdělení velikosti částic (PSD) minimalizuje odpad. Prášek úplně vytéká z rozmazávačů a přívodních systémů a vysoká úspěšnost tvorby dílů znamená, že méně nepoužitého prášku se kontaminuje při neúspěšných výrobách. Toto je ideální shoda s etosu udržitelné výroby. Je třeba poznamenat, že některé z lídrů na trhu titanových prášků tento přístup zavádějí od samého začátku – některé společnosti již dosáhly certifikace podle Globálního standardu pro recyklaci (GRS) a zavedly uzavřené cykly, ve kterých se přepracuje více než 95 % materiálu, čímž se pokročilá výroba stává ekologičtější.
Závěr: Rozdělení velikosti částic jako strategický základ
Rozdělení velikosti částic (PSD) je ekonomicky i kvalitativně významnou specifikací uvedenou v technickém listu titanových prášků pro aditivní výrobu a ovlivňuje jejich zpracovatelnost. Při výběru dodavatele titanového prášku nejde o chemické složení, ale o partnerství s odborníky, kteří rozumí a ovládají tyto jemné dynamické procesy.
Nejvíce inovativní dodavatelé neprodávají pouze prášek; nabízejí technicky propracované řešení pro dosažení vysokého výkonu. Využívají exkluzivní technologie pro dosažení sférickosti a řízeného rozdělení částic a dokonce zohledňují i udržitelné získávání surovin. To poskytuje základ pro inovace, který je stabilní, cenově výhodný a spolehlivý. Pokud při stavbě věnujete pozornost rozdělení velikosti částic (PSD), stavíte úspěch doslova od základů – jeden přesný vrstvený prvek po druhém.
