Pós metálicos caracterização de partículas para processos de manufatura aditiva

As tecnologias de manufatura aditiva são cada vez mais utilizadas na construção de máquinas, nos meios de transporte e em muitos outros produtos. Na construção de aeronaves, por exemplo, a impressão 3D metálica abre possibilidades inteiramente novas de redução de peso e, consequentemente, de redução do consumo de querosene.

Peças, que antes precisavam ser montadas a partir de dezenas de componentes individuais, agora podem ser fabricadas diretamente em uma única peça. Os avanços no desenvolvimento da manufatura aditiva permitem que cada vez mais peças sejam produzidas em grandes quantidades por impressão 3D. 

Os pós metálicos utilizados para manufatura aditiva devem atender aos mais altos padrões de qualidade: A distribuição do tamanho das partículas deve ser reduzida e conhecida com a maior precisão possível para controlar o comportamento do material durante o processo de sinterização.

Os analisadores de partículas MICROTRAC são ideais para determinar a distribuição do tamanho das partículas de pós metálicos usados em processos de manufatura aditiva. A seguir é apresentada uma introdução às tecnologias de medição adequadas, considerações gerais, bem como diferentes exemplos de caracterização de partículas de pó metálico.

Pós Metálicos e Manufatura Aditiva Difração de Laser combinada com Análise de Imagens

A difração de laser é o método padrão para determinar distribuições de tamanhos de partículas em muitas indústrias. Esta técnica também pode analisar partículas em um fluxo de ar ou como suspensão em um líquido.

O método de medição é baseado no princípio de que a luz laser é difratada ou espalhada em diferentes ângulos a partir de partículas de diferentes tamanhos. O cálculo da distribuição de tamanho é baseado na análise dos padrões de luz espalhada.

O ponto forte do método de medição está na alta flexibilidade, no fácil manuseio e na faixa de medição extremamente ampla de 10 nm a 4 mm. No entanto, a difração de laser não é adequada para determinar o formato das partículas.

Por esta razão, a Microtrac equipou seu poderoso analisador de difração de laser SYNC com um módulo de câmera adicional baseado no princípio da análise dinâmica de imagens. Este utiliza a mesma célula de medição e o mesmo sistema de dispersão que para a análise de luz espalhada. 

Exemplo Partículas sobredimensionadas

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. 

In Laser Diffraction, it is assumed that under favorable conditions oversized particles can be detected if the percentage is >2 % by volume. Laser diffraction evaluates a signal generated by all particles simultaneously. This is therefore referred to as a collective measurement method, as opposed to an individual particle measurement method such as image analysis in which each particle detected generates a measurement value. In laser diffraction, if the proportion of a certain fraction is too small, the contribution of these particles to the total scattered light signal is also too small to be distinguishable from background noise. This situation cannot be compensated for by measuring larger sample quantities.

The combination of image analysis and laser diffraction improves the detection probability of impurities, but the performance here does not come close to that of a specialized dynamic image analyzer like the CAMSIZER X2. This is mainly due to the image acquisition rate of the CAMSIZER X2 which is 14 times higher. The dispersing system, sample feed and instrument setup of the SYNC are optimized to generate high quality scattered light data in a short time with the additional possibility of image acquisition. The entire hardware of the CAMSIZER X2, i.e. dispersion, sample feed, light sources and cameras, is optimized to acquire and evaluate many images in a short time. The number of particles evaluated, as well as the total amount of sample material used is considerably larger with the CAMSIZER X2.

Nevertheless, the SYNC is clearly superior to other laser analyzers with regard to the detection of oversized particles thanks to the advanced image evaluation.

Exemplo Satellites

Pós Metálicos e Manufatura Aditiva Method Comparison and Summary