Analisi tridimensionale della forma delle particelle mediante tomografia computerizzata a raggi X: procedura sperimentale e algoritmi di analisi per polveri metalliche

Summary

La dimensione e la forma delle particelle di polvere non sono quantità indipendenti. Le tecniche di misurazione usuali non misurano questi parametri intrecciati in tre dimensioni (3D). Viene descritta una tecnica di misurazione/analisi 3D, basata sulla tomografia computerizzata a raggi X, in grado di misurare le dimensioni e la forma e classificare le particelle di polvere in base a entrambi i parametri.

Abstract

Misurare la distribuzione dimensionale delle particelle in una polvere è un'attività comune nella scienza e nell'industria. Misurare la distribuzione della forma delle particelle è molto meno comune. Tuttavia, la forma e la dimensione delle particelle di polvere non sono quantità indipendenti. Tutte le tecniche di misurazione delle dimensioni/forma conosciute assumono una forma sferica o misurano la forma solo in due dimensioni. Il metodo basato sulla tomografia computerizzata a raggi X (XCT) qui presentato misura sia le dimensioni che la forma in 3D senza fare alcuna ipotesi. Partendo da un'immagine 3D delle particelle, il metodo può classificare matematicamente le particelle in base alla forma, ad esempio particelle composte da diverse particelle più piccole saldate insieme rispetto a singole particelle che non sono necessariamente sferiche. Naturalmente, definire un singolo numero come la "dimensione" o la "forma" di una particella casuale non sferica non è possibile in linea di principio, portando a molti modi per stimare la dimensione e la forma delle particelle attraverso vari parametri interconnessi, che possono essere tutti generati da questa completa caratterizzazione 3D sotto forma di medie e distribuzioni. Vengono descritte le procedure sperimentali necessarie, l'analisi matematica e l'analisi al computer e viene fornito un esempio per una polvere metallica. La tecnica è limitata alle particelle che possono essere visualizzate da XCT con un minimo di circa 1000 voxel per volume di particelle.

Introduction

Misurare la distribuzione dimensionale delle particelle in una polvere è un'attività comune nella scienza e nell'industria ^1,2.  Misurare la distribuzione della forma delle particelle è meno comune, ma sia le dimensioni che la forma, insieme al materiale di cui sono fatte le particelle, determinano le loro proprietà, da sole o in una sorta di materiale matrice 3,4,5,6,7. I materiali la cui dimensione e forma delle p....

Protocol

NOTA: Il seguente protocollo è scritto per particelle di polvere metallica con dimensioni, secondo un'approssimazione del diametro sferico equivalente al volume (VESD, diametro della sfera con lo stesso volume della particella), compresa tra 10 μm e 100 μm. Supponiamo che il metallo abbia una densità in unità di g/cm³. I guanti devono essere indossati durante le fasi di preparazione del campione, insieme alla protezione per gli occhi. È importante leggere tutti i passaggi del Protocollo 1, poiché alcune apparecchiature devono essere pronte prima di iniziare il Protocollo.

1. Preparazione della misc....

Results

ASTM ha avviato un programma di test valutativi (AMPM, Additive Manufacturing Powder Metallurgy) per la polvere metallica utilizzata per la fusione laser a letto di polvere, in cui i partecipanti eseguono una batteria di test standard sulla polvere metallica e ASTM compila la distribuzione statistica di questi risultati in un rapporto per i partecipanti⁶¹. Campioni di polvere metallica vengono distribuiti due volte all'anno a tutti i partecipanti. Il personale del.......

Discussion

Il metodo basato su XCT per caratterizzare le dimensioni e la forma 3D delle particelle metalliche ha più applicazioni possibili, ma anche alcune limitazioni. Le limitazioni saranno affrontate per prime.

Viene utilizzata una resina epossidica a polimerizzazione rapida in modo che la viscosità della resina epossidica sia sufficientemente elevata da impedire alla polvere di depositarsi per gravità durante l'indurimento della resina epossidica, o almeno ridurre i.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Epossidica	Adesivi Ellsworth https://www.ellsworth.com/products/adhesives/epoxy/hardman-doublebubble-extra-fast-set-epoxy-red-package-3.5-g-packet/	Hardman Parte #4001	Caso di 100