سلام! اگر تا به حال به پرینت سه بعدی فلزی، پاشش حرارتی یا قطعات ساخت پیشرفته پرداخته اید، احتمالاً اصطلاح "پودر آلیاژی" را زیاد شنیده اید. اما این چیزی است که بسیاری از افراد را به هیجان می‌آورد - به‌ویژه افراد جدیدی که تازه وارد بازی می‌شوند: در واقع چه چیزیاستاندازه ذرات پودر آلیاژ؟ متوجه شدم، این پر زرق و برق ترین بخش فرآیند نیست، اما به من اعتماد کنید، برای اینکه محصول نهایی شما چگونه به دست می آید، مشکلی ایجاد می کند. به‌عنوان فردی که بیش از یک دهه است که در بازی پودر آلیاژی بوده‌ام، صد بار به این سؤال پاسخ داده‌ام، بنابراین بیایید آن را مانند مشتری جدیدی که وارد دفتر من می‌شود، تجزیه کنیم.
اول از همه، بیایید آن را بیش از حد پیچیده نکنیم. اندازه ذرات پودر آلیاژی فقط معیاری است از بزرگی (یا کوچک بودن) ذرات فلزی ریز در دسته شما - به همین سادگی. اما این یک عدد برای همه نیست. این یک محدوده است، درست است؟ مثلاً، شما هر ذره دقیقاً 20 میکرون ندارید. شما یک توزیع دارید و این توزیع چیزی است که بیشترین اهمیت را دارد. برای بافت، یک میکرون یک میلیونیم متر است—بنابراین یک دانه شن معمولاً 90 میکرون یا بزرگتر است، در حالی که ضخامت موی انسان حدود 50 میکرون است. متوجه شدی؟ بنابراین وقتی در مورد اندازه پودر صحبت می کنیم، در آن دنیای کوچک و کوچک هستیم.
اجازه دهید این را به صورت واقعی بیان کنم، زیرا من انواع مختلف پودر آلیاژی را برای انواع مشاغل می فروشم. به عنوان مثال پودر آلیاژ تیتانیوم را در نظر بگیرید—اگر از آن برای چاپ سه بعدی همجوشی بستر پودری استفاده می کنید (این نوع فانتزی است که در آن لایه های پودر را ذوب می کنید تا قسمتی بسازید)، محدوده اندازه ای حدود 15 تا 45 میکرون می خواهید. اگر خیلی بزرگ باشد، چاپگر نمی‌تواند یک لایه به اندازه کافی نازک بگذارد، بنابراین ممکن است قطعه شما دارای شکاف یا ضعیف باشد. اگر خیلی کوچک باشد، پودر کاملاً توده‌ای می‌شود و به سختی جریان می‌یابد - بعلاوه ممکن است باعث مشکلات گرد و غبار شود، که باید با دقت فوق‌العاده با تیتانیوم برخورد کنیم زیرا واکنش‌پذیر است. باید توجه داشته باشم که برنامه های مختلف به محدوده های متفاوتی نیاز دارند، بنابراین همیشه مشخصات فرآیند خود را بررسی کنید. و سلام، اگر به جزئیات بیشتری نیاز دارید، صفحه پودر آلیاژ تیتانیوم ما را برای محدوده های دقیقی که برای موارد استفاده مختلف ارائه می دهیم، بررسی کنید.
صبر کنید، بیایید در مورد اینکه چرا اندازه حتی فراتر از «جریان» یا «چاپ» اهمیت دارد صحبت کنیم. فرض کنید از پودر آلیاژ فرو برای پوشش دادن قطعات استفاده می کنید تا آنها را در برابر زنگ زدگی یا بسیار سخت کنید. اگر ذرات خیلی درشت باشند، پوشش ناهموار خواهد بود—لکه‌های ضخیم و لکه‌های نازک خواهید داشت و نازک‌ها به سرعت فرسوده می‌شوند. اما اگر آنها خیلی ریز باشند، ممکن است پودر درست در هنگام پاشیدن «پلاک» نشود، بنابراین یک پوشش خشن و متخلخل به دست می‌آورید که به خوبی محافظت نمی‌کند. برای پودر آلیاژ فرو، ما معمولاً با محدوده 45 تا 150 میکرون برای کاربردهای اسپری حرارتی کار می کنیم و بارها و بارها آزمایش می شود تا مطمئن شویم کار می کند. به همین دلیل است که ما فقط پودر تصادفی نمی فروشیم - ما توزیع اندازه را کاهش می دهیم زیرا مستقیماً بر نتیجه نهایی شما تأثیر می گذارد.
مورد بزرگ دیگر: پودر کبالت کاربید تنگستن. این مواد برای ابزارهای برش، مته ها و قطعاتی که نیاز به ضرب و شتم دارند استفاده می شود. اندازه ذرات در اینجا استانتقادیبرای سختی و چقرمگی اگر ذرات کاربید تنگستن ریزتری دارید (مانند 1 تا 10 میکرون)، ابزار سخت تری دریافت می کنید که می تواند لبه را طولانی تر نگه دارد، اما کمی شکننده تر است. اگر از ذرات درشت‌تر (10 تا 30 میکرون) استفاده می‌کنید، ابزار سخت‌تر است اما سریع‌تر فرسوده می‌شود. بنابراین ترکیب ما در اینجا همه چیز در مورد متعادل کردن آن است - بسته به نیاز مشتری. ما قبلاً مشتریانی داشته‌ایم که با دسته‌ای بد به ما مراجعه کرده‌اند، زیرا از پودر با اندازه نامناسب برای تیغه‌های برش خود استفاده می‌کردند، و کارایی نداشت. این اشتباه را نکنید - اندازه اینجا همه چیز است.
بیایید دنده را به چیزی آشناتر تغییر دهیم: پودر برنز آلومینیوم. این آلیاژ طلایی رنگ است که اغلب برای قطعات تزئینی، بلبرینگ ها و اجزای شیر استفاده می شود. برای قطعاتی که نیاز به یک روکش صاف دارند، مانند آن قطعات تزئینی، از اندازه ذرات کوچکتر استفاده می کنیم - مانند 10 تا 50 میکرون - زیرا به طور یکنواخت قرار می گیرد و ظاهری زیبا و یکنواخت می دهد. اما برای یاتاقان‌ها، ممکن است از محدوده کمی درشت‌تر (50 تا 100 میکرون) استفاده کنیم، زیرا ذرات کمی بزرگتر هنگام حرکت یاتاقان به روان‌کاری کمک می‌کنند. من از مشتری داشتم که جواهرات فلزی سفارشی را با پودر برنز آلومینیومی ما درست می‌کرد، و آنها به اندازه خوبشان سوگند خوردند زیرا باعث می‌شد قطعات ریخته‌شده‌شان دقیقاً شبیه برنز واقعی به نظر برسد - بدون لبه‌های ناهموار. این همان چیزی است که اندازه جزئیات روی میز آورده می شود.
و پودر آلیاژ نیکل - اوه مرد، این یک اسب کار برای کاربردهای با دمای بالا، مانند قطعات موتور جت یا کوره‌های صنعتی است. آن قسمت ها باید گرمای دیوانه کننده را تحمل کنند، بنابراین پودر باید به طور یکنواخت ذوب شود و محکم بچسبد. اگر اندازه ذرات بیش از حد ناهموار باشد، برخی از ذرات قبل از سایرین ذوب می شوند و منجر به ایجاد نقاط ضعیف یا ناسازگاری در قسمت نهایی می شود. برای پودر آلیاژ نیکل که در همجوشی بستر پودر لیزری استفاده می شود، ما به 15 تا 53 میکرون و برای پوشش های اسپری حرارتی برای اجزای با حرارت بالا، از مقداری درشت تر (45 تا 150 میکرون) استفاده می کنیم. ما این مواد را در کوره‌هایی آزمایش کرده‌ایم که در دمای 1000 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند، و پودر سایز مناسب ترک نمی‌خورد یا پوسته پوسته نمی‌شود - اندازه اشتباه است، و به سرعت از بین می‌رود. این نوعی از قابلیت اطمینان است که مشتریان ما روی آن حساب می کنند و با اندازه گیری مناسب شروع می شود.
حال، چگونه این اندازه را اندازه گیری کنیم؟ بدیهی است که مانند استفاده از خط کش نیست. ما از چیزی به نام پراش لیزری استفاده می‌کنیم—شما یک لیزر را از طریق نمونه‌ای از پودر پرتاب می‌کنید، و نحوه پراکندگی نور به ما می‌گوید که ذرات چقدر بزرگ هستند. این سریع و دقیق است، به همین دلیل است که همه تامین کنندگان پودر خوب از آن استفاده می کنند. ما همچنین پودر را در اندازه‌های مختلف مش الک می‌کنیم تا ذرات را در محدوده‌های خاص جدا کنیم - مثلاً اگر فقط 15 تا 45 میکرون می‌خواهید، هر چیزی کوچکتر از 15 و بزرگتر از 45 را الک می‌کنیم. گاهی اوقات هم پراش لیزری و هم آنالیز الک را برای بررسی مجدد انجام می‌دهیم، زیرا نمی‌خواهید وقتی پودر به طبقه مغازه شما برخورد کند، غافلگیر شود.
در اینجا یک سوال متداول وجود دارد: آیا "زیبا" به معنای "بهتر" است؟ پاسخ کوتاه: خیر. اگر از پودر برای قسمتی استفاده می کنید که باید سفت باشد، درشت تر ممکن است بهتر باشد. اگر به روکش صاف یا تلورانس های محکم نیاز دارید، ریزتر بهترین راه است. همه چیز به فرآیند شما و کاری که قرار است انجام دهد بستگی دارد. یک بار مشتری داشتم که پودر تیتانیوم فوق‌العاده ریز سفارش داد، زیرا فکر می‌کرد که قطعه‌ای با چاپ سه بعدی قوی‌تر می‌سازد، اما در نهایت باعث ایجاد مشکلاتی در جریان چاپگر او شد و قطعاتی با تخلخل بیشتری ساخت. ما او را در محدوده 20-63 میکرون تنظیم کردیم و قطعاتش خیلی بهتر بود. به همین دلیل است که صحبت در مورد اندازه فقط مربوط به اعداد نیست، بلکه در مورد تطبیق آن اعداد با نیازهای خاص شما است.
نکته دیگری که باید در نظر داشته باشید: شکل ذرات می تواند به اندازه هم گره بخورد، اما این بحث کاملاً دیگری است. ذرات گرد بهتر جریان می‌یابند، به همین دلیل است که مقدار زیادی پودر اتمیزه می‌شود (به قطرات ریز پاشیده می‌شود که به شکل کره جامد می‌شوند). ذرات نامنظم ممکن است توزیع اندازه متفاوتی داشته باشند اما برای کاربردهای خاصی مانند قالب گیری تزریقی فلز کار می کنند. اما حتی با وجود شکل، اندازه هنوز اساس همه چیز است. شما می توانید پودر گرد با اندازه اشتباه داشته باشید، و باز هم درست کار نخواهد کرد.
بنابراین اگر به دنبال پودر آلیاژی هستید، فقط "پودر آلیاژی" را درخواست نکنید - در مورد محدوده اندازه ذرات بپرسید. چه به تیتانیوم برای پرینت سه بعدی، چه به آلیاژ فرو برای پوشش ها، چه به کبالت کاربید تنگستن برای ابزارهای برش، به برنز آلومینیومی برای قطعات تزئینی یا به آلیاژ نیکل برای کارهای با حرارت بالا نیاز داشته باشید، این اندازه پروژه شما را می سازد یا شکست می دهد. به هر حال، ما محدوده‌های سفارشی نیز داریم—اگر به چیزی نیاز دارید که عرضه نشده باشد، می‌توانیم با شما همکاری کنیم تا اندازه دقیق مورد نیاز خود را شماره‌گیری کنید.
در پایان روز، من آنقدر این کار را انجام داده ام تا بدانم مردم فقط پودری می خواهند که بتوانند روی آن حساب کنند. آنها نمی‌خواهند با قطعاتی که از کار می‌افتند، به دلیل اندازه‌ی اشتباه پودر، یا مجبور به کار مجدد یک دسته کامل به دلیل انتخاب محدوده اشتباه، کار کنند. به همین دلیل است که ما در اینجا به شفافیت اهمیت می دهیم - دقیقاً به شما می گوییم که چه اندازه ای را دریافت می کنید، چگونه اندازه گیری می شود و چرا این محدوده برای برنامه شما کار می کند. اگر از معامله با تامین کنندگانی که فقط "پودر" را بدون جزئیات می فروشند خسته شده اید، با ما تماس بگیرید. ما خوشحالیم که در پروژه شما قدم برداریم، به تمام سوالات شما در مورد اندازه ذرات پاسخ دهیم و پودر آلیاژ مناسب برای کارتان را به شما معرفی کنیم. اجازه ندهید جزئیات کوچکی مانند اندازه ذرات پروژه بزرگ بعدی شما را به هم بریزد—به ما ضربه بزنید، و ما مطمئن خواهیم شد که دقیقاً آنچه را که نیاز دارید دریافت کرده اید.
مراجع:
- ASTM B821-21، روش تست استاندارد برای توزیع اندازه ذرات پودرهای فلزی و ترکیبات مرتبط با پراش لیزری
- پاول، جی ال، و ادینگتون، جی دبلیو (1980). تأثیر اندازه ذرات پودر بر خواص آلیاژهای متخلخل. مجله علم مواد، 15(10)، 2570-2578.
- انجمن اسپری حرارتی. (2020). کتابچه راهنمای فناوری اسپری حرارتی (ویرایش دوم). ASM International.
- Kruth، JP، Levy، G.، Klocke، F.، و Childs، THC (2007). پدیده ادغام در تولید لایه ای لیزری و بستر پودری. CIRP Annals - Manufacturing Technology، 56(2)، 730-759.