Proszki Metali pomiar cząstek z myślą o procesach wytwarzania przyrostowego (druk 3D)

Technologie produkcji addytywnej są coraz częściej wykorzystywane w budowie maszyn, środków transportu i wielu innych produktów. Na przykład w konstrukcji samolotów metaliczny druk 3D otwiera zupełnie nowe możliwości redukcji masy, a co za tym idzie, zmniejszenia zużycia nafty. Części, które wcześniej musiały być składane z dziesiątek pojedynczych komponentów, mogą być teraz produkowane bezpośrednio w jednym kawałku. Postępy w rozwoju produkcji addytywnej pozwalają na wytwarzanie coraz większej liczby części w dużych ilościach za pomocą druku 3D.  Proszki metali stosowane w produkcji addytywnej muszą spełniać najwyższe standardy jakości: Rozkład wielkości cząstek powinien być wąski i musi być znany tak dokładnie, jak to możliwe, aby kontrolować zachowanie materiału podczas procesu spiekania. Analizatory cząstek MICROTRAC idealnie nadają się do określania rozkładu wielkości cząstek proszków metali stosowanych w procesach wytwarzania przyrostowego. Poniżej przedstawiono wprowadzenie do odpowiednich technologii pomiarowych, ogólne rozważania, a także różne przykłady charakteryzacji cząstek proszków metali.

Proszki metali i produkcja addytywna Dyfrakcja laserowa połączona z analizą obrazu

Dyfrakcja laserowa jest standardową metodą określania rozkładu wielkości cząstek w wielu gałęziach przemysłu. Technika ta może również analizować cząstki w strumieniu powietrza lub jako zawiesinę w cieczy. Metoda pomiaru opiera się na zasadzie, że światło lasera jest rozpraszane pod różnymi kątami przez cząstki o różnych rozmiarach. Obliczenie rozkładu wielkości opiera się na analizie wzorów rozproszonego światła. Zaletą tej metody pomiarowej jest jej wysoka elastyczność, łatwa obsługa i niezwykle szeroki zakres pomiarowy od 10 nm do 4 mm. Dyfrakcja laserowa nie nadaje się jednak do określania kształtu cząstek. Z tego powodu Microtrac wyposażył swój potężny analizator dyfrakcji laserowej SYNC w dodatkowy moduł kamery oparty na zasadzie dynamicznej analizy obrazu. Wykorzystuje on tę samą celę pomiarową i ten sam system dyspersji, co w przypadku analizy światła rozproszonego. 

Przykład Cząstki ponadwymiarowe (nadziarno)

Many production processes, including additive manufacturing, are sensitive to small quantities of large particles (oversize). In metal powders, for example, these large particles can lead to cavities or weak points in the end product.

Simply determining the average or mean particle size is not enough to predict manufacturing performance. The volume of particles larger than a certain limit size must be carefully monitored. It is possible to define a specification that no more than a small fraction of the particles can be larger than a critical size.

For example, you could require that no more than 0.01% by volume of the particles are larger than 200 microns.In this measurement example, a sample of metal powder with different amounts of impurities (oversize particles) was gravimetrically prepared and the resulting size distributions were measured to illustrate how the high-speed dual camera system of the CAMSIZER X2 can be used to find small amounts of impurities with large particles 

A metal powder sample was first sieved through a 200 μm test sieve to ensure the removal of large contaminants. This screened powder was then weighed and a small amount of large particles was added in a controlled manner. This resulted in a series of samples with known amounts of impurities. Concentrations were 0.005%, 0.01%, 0.02%, 0.05%, 0.1%, 0.2% and 1% (mass % each). The sample quantities for analysis were approximately 35-40 grams. Fig. 9, Fig. 10, and the table show how accurately the oversize grain can be detected with the CAMSIZER. 

W dyfrakcji laserowej zakłada się, że w sprzyjających warunkach można wykryć ponadwymiarowe cząstki, jeśli ich udział procentowy wynosi >2% objętości. Dyfrakcja laserowa ocenia sygnał generowany przez wszystkie cząstki jednocześnie. Jest to zatem określane jako metoda pomiaru zbiorowego, w przeciwieństwie do metody pomiaru pojedynczych cząstek, takiej jak analiza obrazu, w której każda wykryta cząstka generuje wartość pomiaru. W dyfrakcji laserowej, jeśli udział pewnej frakcji jest zbyt mały, udział tych cząstek w całkowitym sygnale rozproszonego światła jest również zbyt mały, aby można go było odróżnić od szumu tła. Sytuacji tej nie można skompensować poprzez pomiar większych ilości próbki. Połączenie analizy obrazu i dyfrakcji laserowej poprawia prawdopodobieństwo wykrycia zanieczyszczeń, ale wydajność nie jest zbliżona do specjalistycznego dynamicznego analizatora obrazu, takiego jak CAMSIZER X2. Wynika to głównie z szybkości akwizycji obrazu CAMSIZER X2, która jest 14 razy wyższa. System rozpraszania, podawanie próbek i konfiguracja przyrządu SYNC są zoptymalizowane pod kątem generowania wysokiej jakości danych światła rozproszonego w krótkim czasie z dodatkową możliwością akwizycji obrazu. Cały sprzęt CAMSIZER X2, tj. dyspersja, podawanie próbek, źródła światła i kamery, jest zoptymalizowany do pozyskiwania i oceny wielu obrazów w krótkim czasie. Liczba ocenianych cząstek, a także całkowita ilość użytego materiału próbki jest znacznie większa w przypadku CAMSIZER X2. Niemniej jednak SYNC jest wyraźnie lepszy od innych analizatorów laserowych pod względem wykrywania ponadwymiarowych cząstek dzięki zaawansowanej ocenie obrazu.

Przykład Satellites

Proszki metali i produkcja addytywna Method Comparison and Summary