Cosa rende una polvere di metallo adatta? I ricercatori esaminano le polveri nei processi AM
La stampa 3D di metalli sta diventando una fonte vitale di produzione per una vasta gamma di industrie oggi e continua a crescere intorno a questo un sottovalutazione esclusiva dei materiali richiesti. Gli scienziati tedeschi Silvia Vock, Burghardt Klöden, Alexander Kirchner, Thomas Weißgärber e Bernd Kieback hanno esaminato gli attuali metodi di test e valutazione in ” Powders for powder bed fusion: una revisione “.
Mentre ci sono numerose categorie diverse per l’utilizzo della polvere nella produzione additiva, la fusione del letto in polvere è il processo principale considerato nella loro carta. Le conseguenti proprietà della polvere possono essere suddivise, iniziando dal livello più basso con le singole proprietà, alla rinfusa, e quindi riguardo al modo in cui si comporta in determinate condizioni (prestazioni in-process). Il test delle polveri sulla scala a singola particella è un esercizio standard, poco costoso, mentre la valutazione del comportamento delle particelle e le prestazioni durante il processo sono più difficili.
Quando il team di ricerca ha iniziato a esaminare le polveri per verificarne l’idoneità, ha discusso prima la fluidità, osservando come si comportano le polveri uniche una volta che sono state inserite in un processo di produzione e possibilmente sotto pressione di diversi tipi. La fluidità è interconnessa con le apparecchiature e i processi attuali in corso. I ricercatori ci ricordano anche che anche la più piccola variazione di polvere potrebbe avere un effetto sostanziale sulla processabilità. Vengono utilizzate tecniche di prova come l’imbuto per flussometro Hall (ASTM B213) e l’imbuto Carney (ASTM B964), tuttavia i ricercatori non tengono molto spazio nei test a imbuto, a meno che i materiali non siano “polveri a flusso superiore”. Sebbene le “polveri coesive” possano essere idonee all’uso, non sono facilmente testate con i test a imbuto.
Visualizzazione schematica della connessione tra i termini “scorrevolezza” e “proprietà di flusso” e rispettivi parametri. (Immagine: ” Powders for powder bed fusion: a review” )
Altri test come il rapporto Hausner (HR) sono risultati non idonei, così come il test Round Robin e l’angolo di riposo. Il modo più promettente per testare la fluidità è il test in polvere con reometro in polvere; tuttavia, i ricercatori affermano che sono necessari ulteriori studi. La distribuzione delle dimensioni delle particelle è una proprietà non dipendente da altri parametri, ma il team sottolinea che “possono verificarsi diversi problemi e limitazioni”. Per un buon flusso, la PSD deve essere stretta e per una densità più voluminosa, deve esserci un’ampia distribuzione.
“Dalla grande quantità di correlazioni osservate tra PSD e altri aspetti rilevanti del processo, nonché la qualità della parte finale rivisto sopra, è chiaro che la PSD è una caratteristica importante della polvere e deve essere attentamente adattata”, afferma il team di ricerca. “Tuttavia, non è un parametro che può essere usato senza informazioni aggiuntive per decidere come si comporterebbe la polvere nel processo.”
Finora le indagini sulla qualità della parte finale sono state rari, ma i ricercatori hanno notato la connessione ovvia su questioni come morfologia, impurità, contenuto di umidità, densità delle particelle e proprietà dei materiali sfusi.
“Si può già vedere che le contraddizioni possono verificarsi sia per un’interconnessione tra la parte e la proprietà della polvere, sia tra la proprietà della polvere e diversi aspetti della qualità delle parti. Mentre nel primo caso la ragione della contraddizione ha una ragione metodologica, il secondo caso è un segno per la necessità di ottimizzazione per adattare la qualità della parte finale per soddisfare i requisiti “, afferma il team di ricerca.
Studiare la polvere per le misure di idoneità nella stampa 3D dei metalli non è solo vitale per una produzione di successo, ma tali determinazioni aiuteranno a continuare ad espandere la disponibilità dei materiali applicabili. I produttori possono lavorare su polveri più ottimali e rivolgersi a mercati più grandi, mentre gli utenti godono di materiali nuovi e migliorati.
“Per un’identificazione più precisa delle proprietà cruciali di polvere e bulk, la soluzione sarà una combinazione di vari metodi di caratterizzazione per determinati parametri di processo o una più complessa tecnica di caratterizzazione della polvere progettata esclusivamente per il processo PBF specifico”, conclude il team di ricerca.
