Karaktärisering av Pulver
Pulverkaraktäriseringslaboratoriet vid enheten för processer utvecklar innovativa metoder för att mäta pulvers egenskaper samt stöder andra forskningsaktiviteter inom pulvermetallurgi. Labbet erbjuder en rad olika traditionella och nyskapande karaktäriseringstekniker samt 3D-skrivare för polymera material.
Freeman FT4 Pulverreometer
Med en pulverreometer, som är en relavivt ny innovation för flödesmätning av pulver, kan olika flödestillstånd och trycktillstånd simuleras för att undersöka den kraft och/eller energi som krävs för att skapa flöde under det studerade tillståndet. Vid pulverkaraktäriseringslabbet på KTH finns en Freeman FT4 pulverreometer utrustad med skjuvcell och luftningsenhet, samt en mängd tillhörande utrustning. Reometern kan användas för att ge flera olika mätvärden för ett pulvers flödesegenskaper och densitet.
Automatisk Siktningsmaskin
Vid pulverkaraktäriseringslabbet på KTH finns en Retsch AS200 Control Automatic Sieve Shaker för att dela upp pulverprov efter partikelstorlek och ta fram viktbaserad spridning av partikelstorleken med hjälp av en högprecisionsvåg med integrerad dataöverföring till styrsystemet. Upp till elva siktningsstorlekar kan staplas för en körning vilket möjliggör skapandet av många andelar med partiklestorlekar, \(d\) i spannet \(20\leqslant{}d\,/\,\mathrm{µm}\leqslant{}500\).
Roterande provdelare (Spinning Riffler)
Vid undersökning av pulver är det ofta nödvändigt att kunna dela upp en större mängd pulver i små prover. För t.ex. Hall flödestester krävs en provstorlek på 50 g enligt internationell standard. Vid pulverkaraktäriseringslabbet på KTH finns en maskin från Haver & Böcker specifikt för detta ändamål. Maskinen delar kontinuerligt upp ett stort prov i tio mindre behållare. Efter delningen ska de små proven ha snarlik vikt, storleksfördelning, pulverform etc. Maskinen kan hantera prover på upp till flera kilo per körning.
Tappdensitetsmätare
För undersökning av kompakteringsbeteende av pulver har pulverkaraktäriseringslabbet vid KTH en Quantachrome tappdensitetsmätare som uppfyller internationell standard för frekvens och amplitud vid tappdensitetsmätningar. Många olika mätglas är tillgängliga att använda med maskinen.
Se denna slow-motion film av tappdensitetsmätare (öppnas i KTH Play) när den används i pulverkaraktäriseringslabbet på KTH.
Hall/Carney flödestratt och Skenbar densitetsmätare
En av de mest använda testmetoderna för pulver, och den första maskinen i pulverkaraktäriseringslabbet på KTH, var Hall flödestratt med tillhörande Carneytratt och mätkopp för skenbar densitet.
\(50~\mathrm{g}\) pulver hälls i tratten medans utloppet är blockerat. När stoppet tas bort startas tidtagningen och mäter hur lång tid det tar för allt pulver att lämna tratten. Mätkoppen fylls då med pulver och överflödigt pulver skrapas bort. Då mätglaset har en känd volym på 25 ml kan skenbar densitet beräknas baserat på vikten av pulvret i mätglaset.
Se denna denna video från en simulering av fyllningen av en Hall flödestratt (öppnas i KTH Play) som är likadan som den avbildade utrustningen som finns tillgänglig i pulverkaraktäriseringslabbet på KTH.
Tunnfilmsapplikator
Många additiva tillverkningsprocesser använder pulverbäddar som kräver ett tunt lager av pulver. Detta kräver utrustning som möjliggör spridning av tunna lager av pulver, men det finns inget standardiserat test för att mäta hur väl detta görs. Därför har pulverkaraktäriseringslabbet vid KTH investerat i en tunnfilmsapplikator för att utveckla ett test för detta.
Det nuvarande arbetet fokuserar på tre olika aspekter av testet i samarbete med kollegor på Swerim AB och en rad olika pulverproducenter i Sverige:
- Hur ska pulverprovet hanteras innan testet?
- Vilka mätvärden ska tas med i beräkningen av pulverspridningen?
- Hur ska dessa mätvärden mätas?
Rasvinkelmätare (Angle of Repose meter)
En annan vanlig, traditionell metod för att mäta ett pulvers flödesbeteende är rasvinkelmätning. Då pulvret faller från ett bestämt avstånd och bildar en hög på en horizontell yta så indikerar vinkeln av pulverhögen flödesbeteendet. En hög vinkel visar på sämre flöde. En rasvinkelmätare finns tillgänglig i pulverkaraktäriseringslabbet på KTH.
Miljömätningar
För att säkerställa säkerheten för användare av pulverlabbet och för att undersöka luftkvalitén vid pulverexperiment är pulverkaraktäriseringslabbet utrustat med en sensor för att mäta mängden farliga partiklar i luften. Denna sensor övervakar även temperaturen och luftfuktigheten i laboratoriet. En oberoende temperatur- och luftfuktighetsmätare används också för att mäta miljön i laboratoriet.
3D-skrivare
KTH pulvermetallurgi har i nuläget två 3D-skrivare och ytterliggare två skrivare planeras komma under 2020. Skrivarna används för undervisning och prototyptillverkning eller produktion för forskning.
En MakerBot Replicator Z18 polymerskrivare (Fused deposition Modeling, FDM) finns tillgänglig i pulverkaraktäriseringslabbet. Denna skrivare används för att skapa stabila fasta delar för undervisning eller forskning. Delar upp till 300mm x 300mm x 450mm kan produceras, i z-riktningen är detta 18 tum vilket förklarar namnet ”Z18”. Upplösningen i z-riktningen är 100 µm och i x- och y- riktningen är upplösningen 11 µm. Både vanliga och starkare extrudermunstycken är tillgängliga vilket tillåter 3D-utskrifter med både PLA och starkare material från MakerBot.
Utöver detta finns även en Formlabs Form3 stereolitografiskrivare (SLA) tillgänglig i den stora ugnshallen, denna tillhör enheten för processer vid KTH. Den kan producera både stabila och flexibla delar i dimensioner upp till 145mm x 145mm x 185mm med en vertikal upplösning på 85µm och horizontell upplösning på 25 µm.
Det finns även en Arcam metallelektronstrålepulverbäddsmältande 3D-skrivare på KTH vilken hela MSE har tillgång till.
Under 2020 emotser enheten för processer två keramiska 3D printers: en stereolitografisk skrivare och en ”digital light processing” (DLP) skrivare. Den stereolitografiska printern kommer jobba med stöd från Formlabs Form3 stereolitografiska skrivare.