EN
Danes si poglejmo neopaznega junaka v dodatni izdelavi (AM) – porazdelitev velikosti delcev (PSD) titanovega prahu. Morda se zdi kot nepomembna lastnost, vendar lahko PSD titanovega prahu določi uspeh ali neuspeh procesa AM. Lastnosti PSD prahu so lahko krivci slabega pakiranja, neenakomernega pretoka prahu ali poslabšane splošne kakovosti in enotnosti delov. Samo pomanjkanje učinkovite porazdelitve velikosti delcev lahko razloži težave v vašem procesu. Težava ni le povprečna velikost delcev prahu; ključno je porazdelitev vrednosti, ki opisuje PSD prahu.
Za ilustracijo si predstavljajte sestavljeno materialno mešanico, ki se uporablja za izdelavo trdne, masivne in goste stene. Če se na primer uporabljajo le veliki kamni, bodo prisotni veliki razmiki. Če se uporabljajo le drobni delci, bo sestavljena mešanica pomanjkovala stabilnosti. S pravilno uporabo različno velikih materialov pa lahko manjši delci zapolnijo razmike in ustvarijo enotno strukturo. Iste načele sestavljenosti se lahko uporabijo tudi za titanov prah v postopku dodatne izdelave (AM). Tekočostne lastnosti in gostota pakiranja titanovega prahu sta v veliki meri posledica lastnosti porazdelitve velikosti delcev (PSD).
Odkrivanje osnovnih načel porazdelitve velikosti delcev
Najprej to pojasnimo. Porazdelitev velikosti delcev predstavlja statistične podatke o vzorcu prahu na podlagi različnih velikosti njegovih sestavnih delcev. To porazdelitev običajno prikažemo grafično. Ožja porazdelitev pomeni, da so večina delcev podobne velikosti. Širša porazdelitev pa pomeni, da je prisotna široka raznolikost velikosti delcev. Pri prašku titanu, ki se uporablja za procese spajanja v praškovnem sloju (PBF) ali litja kovinskih mešanic (MIM), je ustrezna porazdelitev natančno zasnovana. Ni posledica naključne narave obdelave. Optimizirana porazdelitev prahu iz procesov KYHE in DH-S® kaže inženirsko natančnost za uravnoteženo pretokost, gostoto in lastnosti končnega komponenta, prilagojeno določenim ciljem zmogljivosti.
Kako PSD neposredno določa pretokost prahu
Gre za enostavnost in skladnost, s katero se prah premika in teče. V dodatni izdelavi (AM) je to še posebej pomembno za ustvarjanje enakomernih in enotnih slojev.
Funkcija zelo drobnih delcev
Veliko količino drobnih delcev lahko predstavlja resen problem. Ti delci so pogosto bolj kohezivni, zato se zaradi sil, kot sta statična elektrika in vlaga, lepijo skupaj. To lahko povzroči gručenje, kar vodi do slabega pretoka ali zamašitve v sistemih za dovajanje materiala ter s časom do nastanka neenakomernih plasti v praškastem sloju. Ni presnovo, da bo slab pretok zaznan kot napaka v končnem izdelku.
Vrednost sfernih delcev in idealna velikost
Tukaj se KYHE osredotoča na najboljše elemente proizvodnje prahu, in sicer na sferoidizacijo/atomizacijo z plinom. To so nekateri najboljši postopki proizvodnje prahu za ustvarjanje delcev popolne sferičnosti v velikostnem razponu, ki je idealen za tekočinsko podobno pretakanje. Ko so delci oblike krogle, se brez upora drsijo in kotalijo prek drugih. Ko se prah popolne sferičnosti združi z nadzorovano porazdelitvijo velikosti delcev (PSD), ki zmanjša delež drobnih, kohezivnih frakcij, dosežemo odlično pretakanje. Prah se obnaša kot tekočina, kar je seveda ključni element hitrega in neprekinjenega ponovnega nanosa ter zanesljivega oblikovanja slojev. Ta dosledno zanesljiva izvedba je predpogoj za serijsko proizvodnjo in povečanje obsega iz faz razvoja prototipov.
Razmerje med porazdelitvijo velikosti delcev (PSD) in gostoto pakiranja
Pakirna gostota je opisana kot količina trdnega materiala v dani prostornini in vključuje najmanj zračne reže (poroznost). V praškastem sloju višja pakirna gostota pomeni večje število delcev, ki so tesno zloženi brez spajanja z laserjem ali elektronskim žarkom.
Model »binarne mešanice«
Klasično razlaganje navaja, da bimodalna porazdelitev—namerna mešanica velikih in majhnih delcev—daje največjo gostoto. Majhni delci zapolnijo reže med velikimi. Ta visokogostotna pakiranja imajo velike prednosti, saj zmanjšujejo količino energije, potrebne za taljenje (manj je velikih zračnih rež, ki jih je treba premagati), zmanjšujejo krčenje med procesom sinterjenja ter lahko izboljšajo sestavo končnega dela z zmanjšanjem poroznosti.
Več kot osnovni modeli
Vsaka metoda, uporabljena pri aditivni izdelavi (AM), je povezana z lastnimi smernicami in razmisleki, ki so posebej prilagojeni njihovemu namenjenemu oblikovanju. Pri MIM-u je visoka gostota pakiranja koristna. Vendar pri PBF-u izjemno gosta praškasta postelja lahko ovira sposobnost laserskega žarka, da prepenetra material, in moti dinamiko talilne kopice. Zato mora PSD (porazdelitev velikosti delcev) doseči pravilno ravnovesje med idealno gostoto in gostoto, ki jo lahko laserski žarek učinkovito absorbira za dosego taljenja. V bistvu mora vsaka naprava in določene nastavitve doseči ravnovesje, ki rezultira v idealni PSD. Če je to naredjeno pravilno, se bo proces taljenja vedno obnašal enako.
Dodana vrednost PSD
Optimizacija PSD bo imela pozitiven »sneguljčev« učinek na celoten sistem.
Izdajnost in stabilnost procesa
Če je prašek enakomerno razporejen z dosledno porazdelitvijo velikosti delcev (PSD), je pretok praška neoviran in izdelava lahko poteka neprekinjeno. Ker določajo uspeh ali neuspeh izdelave, več uspehov pomeni manj odpadnega materiala in izgubljene časovne kapacitete stroja ter znatno nižjo ceno na delo za dokončanje naloge. V kombinaciji s tehnologijami, kot je DH-S® od KYHE, ki obeta znatno znižanje cene kovinskega praška, postane cena praška zaradi visoke zanesljivosti obdelave veliko manj pomembna.
Kakovost površine in ločljivost podrobnosti
Oblikovanje kontur in podrobnosti površine sta boljša in enotnejša z bolj kompaktnim in enotnim ležiščem praška, saj tako nastanejo bolj enotne in gladke površine na navpičnih in obrnjenih navzdol površinah. Laser ali elektronski žarek spali trdno konturo. To je še posebej pomembno pri zapletenih aplikacijah v vseh rešitvah KYHE, vključno z medicinskimi implanti, letalsko-kosmično industrijo in visokokakovostno elektroniko za potrošniške namene (3C).
Učinkovitost uporabe materiala in trajnostnost
Optimiziran PSD zmanjšuje odpadke. Prašek popolnoma izteče iz ponovnih nanosnih naprav in dovodnih sistemov, visoka uspešnost gradnje pa pomeni, da je manj neuporabljenega praška onesnaženega zaradi neuspešnih nalog. To je popolna ujemanja z etiko trajnostne proizvodnje. Opozoriti velja, da nekateri vodilni proizvajalci titanovega praška to že od začetka vključujejo v svoje procese, pri čemer nekateri dosežejo Globalni standard za reciklirane materiale (GRS) in zaprte cikle, v katerih se preko 95 % materiala reciklira, kar omogoča bolj ekološko zavestno napredno proizvodnjo.
Zaključek: PSD kot strategična osnova
Porazdelitev velikosti delcev je ekonomsko in kakovostno pomembna specifikacija na podatkovnem listu za titanove aditivne proizvodne postopke ter njihovo izvedljivost. Pri izbiri dobavitelja titanovega praška gre namreč manj za sestavo in več za sodelovanje s strokovnjaki, ki razumejo in obvladujejo te dinamike na ravni posameznih delcev.
Najinovativnejši dobavitelji ne prodajajo le prahu; ponujajo inženirsko rešitev za izvedbo. Uporabljajo izključno tehnologijo za sferičnost in nadzorovano porazdelitev ter celo upoštevajo trajnostno pridobivanje surovin. To zagotavlja stabilno, cenovno ugodno in zanesljivo osnovo za inovacije. Ko gradite z natančnim pozornostjo do razreda velikosti delcev (PSD), gradite uspeh dejansko od tal navzgor, en sloj natančno po drugem.
