Verbesserte Strategien für rollenbasierte Verteilung kohäsiver Pulver in der additiven Fertigung durch gekoppelte DEM-FEM-Simulationen

Khái niệm cốt lõi

Optimale rollenbasierte Pulververteilung für hochkohäsive Pulver hängt von einer Kombination aus Oberflächenreibung der Rolle und Rollkinematik ab, die ausreichend kinetische Energie zum Brechen der Kohäsionskräfte zwischen den Pulverpartikeln liefert. Übermäßige Rotation kann jedoch zu übermäßiger kinetischer Energie des Pulvers führen, was zu Partikelauswurf und einer ungleichmäßigen Schicht führt.

Tóm tắt

Die Studie untersucht verbesserte, rollenbasierte Verteilungsstrategien für hochkohäsive Pulver in der additiven Fertigung mithilfe eines integrierten DEM-FEM-Modells. Es wird gezeigt, dass die optimale rollenbasierte Verteilung, gemessen an maximaler Packungsdichte und Gleichmäßigkeit der Schichtdicke, von einer Kombination aus Oberflächenreibung der Rolle und Rollenkinematik abhängt, die ausreichend kinetische Energie zum Brechen der Kohäsionskräfte zwischen den Pulverpartikeln liefert. Übermäßige Rotation kann jedoch zu übermäßiger kinetischer Energie des Pulvers führen, was zu Partikelauswurf und einer ungleichmäßigen Schicht führt.
Interessanterweise führen die identifizierten optimalen Parameter sowohl für die untersuchte Gegendrehung als auch für die Rotationsschwingung zu einem sehr ähnlichen Bereich der Rollenoberflächen-Geschwindigkeiten, was darauf hindeutet, dass diese Größe der entscheidende kinematische Parameter ist. Wenn diese Bedingungen angemessen gewählt werden, werden Schichten mit Packungsdichten von über 50% für Schichtdicken von etwa 2 x D90 des exemplarischen, hochkohäsiven Pulvers vorhergesagt, und die Schichtqualität ist gegenüber der Substratanhaftung über einen 10-fachen Bereich robust. Letzteres ist eine wichtige Überlegung angesichts der räumlich variierenden Substratabdingungen in der additiven Fertigung aufgrund der Kombination von geschmolzenen/gebundenen und freien Pulverbereichen. Im Vergleich zur Gegendrehung sind die vorgeschlagenen Rotationsschwingungskinematiken besonders attraktiv, da sie praktische Probleme mit dem mechanischen Rundlauf von Rollenvorrichtungen (die ihre Präzision begrenzen) überwinden können. Insbesondere wird ihre Anwendung auf gummibeschichtete Rollen, die das Risiko von Werkzeugschäden und Partikelstreifen verringern, für zukünftige experimentelle Untersuchungen empfohlen.

Thống kê

Die Packungsdichte der Pulverschicht erreicht Werte von über 50% für Schichtdicken von etwa 2 x D90 des exemplarischen, hochkohäsiven Pulvers.
Die Schichtqualität ist gegenüber der Substratanhaftung über einen 10-fachen Bereich robust.

Trích dẫn

Optimale rollenbasierte Pulververteilung hängt von einer Kombination aus Oberflächenreibung der Rolle und Rollenkinematik ab, die ausreichend kinetische Energie zum Brechen der Kohäsionskräfte zwischen den Pulverpartikeln liefert.
Übermäßige Rotation kann zu übermäßiger kinetischer Energie des Pulvers führen, was zu Partikelauswurf und einer ungleichmäßigen Schicht führt.
Die identifizierten optimalen Parameter für Gegendrehung und Rotationsschwingung führen zu einem sehr ähnlichen Bereich der Rollenoberflächen-Geschwindigkeiten, was darauf hindeutet, dass diese Größe der entscheidende kinematische Parameter ist.

Thông tin chi tiết chính được chắt lọc từ

Exploration of improved, roller-based spreading strategies for cohesive powders in additive manufacturing via coupled DEM-FEM simulations

by Reimar Weiss... lúc arxiv.org 04-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2306.06013.pdf

Yêu cầu sâu hơn

Wie lässt sich der identifizierte optimale Parameterbereich für die Rollenkinematik auf andere kohäsive Pulvermaterialien übertragen?

Die Identifizierung des optimalen Parameterbereichs für die Rollenkinematik bei der Pulververteilung kann auf andere kohäsive Pulvermaterialien übertragen werden, indem ähnliche Kohäsivitätsniveaus und Partikelgrößenverteilungen berücksichtigt werden. Der entscheidende Parameter, der die optimale Verteilung beeinflusst, ist die Kombination aus Traversegeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit der Rolle. Durch die Anpassung dieser Parameter an die spezifischen Eigenschaften eines anderen kohäsiven Pulvers, wie z.B. die Oberflächenenergie und die Partikelgrößenverteilung, kann ein ähnlich effektiver Parameterbereich ermittelt werden. Es ist wichtig, die Kohäsivität des Pulvers zu berücksichtigen, da dies bestimmt, wie viel kinetische Energie benötigt wird, um die kohäsiven Bindungen zwischen den Partikeln zu überwinden und eine gleichmäßige Schicht zu erzeugen.

Wie können die Erkenntnisse aus der Pulververteilung in der additiven Fertigung auf andere Industrieprozesse mit kohäsiven Pulvern übertragen werden?

Die Erkenntnisse aus der Pulververteilung in der additiven Fertigung können auf andere Industrieprozesse mit kohäsiven Pulvern übertragen werden, indem ähnliche Herausforderungen und Anforderungen berücksichtigt werden. Prozesse wie das Mischen, Granulieren oder Beschichten von kohäsiven Pulvern können von den optimierten Verteilungsstrategien profitieren, um eine gleichmäßige Verteilung und Verdichtung zu erreichen. Die Bedeutung der Oberflächenreibung, der kinetischen Energieübertragung und der Partikeladhäsion kann auf verschiedene Prozesse angewendet werden, um Effizienz und Qualität zu verbessern. Darüber hinaus können die Erkenntnisse zur Prozessfensteroptimierung und zur Berücksichtigung von Pulvereigenschaften bei der Entwicklung neuer Verfahren und Anwendungen mit kohäsiven Pulvern genutzt werden.

Welche Auswirkungen haben Änderungen der Pulverpartikelgrößenverteilung auf die optimalen Verteilungsparameter?

Änderungen der Pulverpartikelgrößenverteilung können signifikante Auswirkungen auf die optimalen Verteilungsparameter haben. Eine feinere Partikelgrößenverteilung kann zu einer erhöhten Kohäsivität und einer geringeren Fließfähigkeit des Pulvers führen, was die Anforderungen an die Verteilungsparameter wie Traversegeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit der Rolle beeinflusst. Bei feineren Pulvern können höhere kinetische Energien erforderlich sein, um die Partikel zu trennen und eine gleichmäßige Schicht zu erzeugen. Eine breitere Partikelgrößenverteilung kann zu einer heterogenen Verteilung und Verdichtung führen, was eine Anpassung der Verteilungsparameter erfordert, um eine konsistente Schichtqualität zu gewährleisten. Daher ist es wichtig, die Partikelgrößenverteilung bei der Festlegung der optimalen Verteilungsparameter zu berücksichtigen und diese entsprechend anzupassen.