تلفيق غير المباشر للشعرية المعادن مع أقسام رقيقة عن طريق صب الطرد المركزي

Summary

ويرد على طريقة التصنيع المضافة غير مباشر الجمع بين الطباعة 3D البوليمرات مع صب الطرد المركزي لتصنيع المعادن الجمالون 3D الثماني (القاعدة والنحاس وسبائك) وجود طول الخلية وحدة من 5 ملم مع سمك الجدار من 0.5 مم.

Abstract

واحدة من الطرق التقليدية لتصنيع المعادن شعرية 3D هو مضافة التصنيع (ص) عملية المعادن المباشرة مثل ذوبان الانتقائي ليزر (حركة تحرير السودان) وشعاع الالكترون ذوبان (EBM). على الرغم من قدرتها على معالجة المحتملة، وطريقة AM المباشر له مساوئ عديدة مثل التكلفة العالية، وسوء الانتهاء من السطح من المنتجات النهائية، قيود في اختيار المواد، والإجهاد الحرارية العالية، وخصائص متباين الخواص من قطع الغيار. نقترح طريقة فعالة من حيث التكلفة لتصنيع المعادن شعرية 3D. الهدف من هذه الدراسة هو توفير بروتوكول مفصلة على تصنيع المعادن شعرية 3D وجود شكل معقد وسمك جدار رقيق، على سبيل المثال، الجمالون الثماني مصنوعة من القاعدة والنحاس وسبائك وجود طول الخلية وحدة من 5 ملم وسماكة جدار الخلية 0.5 ملم. ينقسم إجراء التجارب العام إلى ثمانية أقسام: (أ) 3D الطباعة من أنماط الأضاحي (ب) تذوب من مواد الدعم (ج) إزالة بقايا المواد دعم (د) نمط assemblذ (ه) الاستثمار (و) حرق من أنماط الأضاحي (ز) صب الطرد المركزي (ح) مرحلة ما بعد المعالجة للمنتجات النهائية. تقدم AM تقنية غير المباشرة اقترح القدرة على تصنيع المعادن شعرية فائقة خفيفة الوزن؛ على سبيل المثال، وهياكل شعرية مع شركة سبائك. ويبدو أن المعلمات العملية ينبغي أن تسيطر بشكل صحيح اعتمادا على المواد والهندسة شعرية، ومراقبة المنتجات النهائية من المعادن الثماني الجمالون من قبل AM تقنية غير المباشرة.

Introduction

المعادن الخلوية هي المعادن تتكون من شبكة مترابطة من الدعامات الصلبة أو لوحات ولها المعقدة أبنية الجزئي مع الفراغات ^1. ومن الأمثلة على حد سواء ط) الرغاوي مؤشر ستوكاستيك منظم بشكل عشوائي والثاني) أمر دوري ثنائي الأبعاد (2D) أقراص العسل وثلاثية الأبعاد (3D هياكل الجمالون) شعرية. وقد تلقوا الاهتمام نظرا لصلابة من ارتفاع محددة وقوة ^1-3 ومرونة عالية محددة ^4-5، وامتصاص الطاقة ممتاز لتحميل تأثير ^{6، 7} العزل الصوتي، تصميم ممكن من dissipaters الحرارة والمبادلات الحرارية ^8. خاصة، هياكل شعرية أمر دوريا لديها القدرة على هندسة خصائص متفوقة مع القدرة على التحكم في هندسة شبكة مسامية الداخلية.

بسبب معقدة هندسة شبكة مسامية الداخلية، فإنه من الصعب لتصنيع المعادن الخلوية باستخدام machinin مطروح التقليديةز. كما بدأت من هذا القبيل، الباحثون عن طرق بديلة لافتعال المعادن الخلوية: تشكيل الغاز في المعدن السائل أو خلط مسحوق معدني مع وكلاء تهب تم استكشافها لتصنيع أشكال المعادن العشوائية ^9. نظرا لعدم وجود رقابة على طوبولوجيا الخلية، فمن الصعب على تفصيل الخواص الميكانيكية. بدلا من ذلك، تم استكشاف طرق التصنيع للمعادن الخلوية أمر دوريا: ختم ورقة رقيقة من المعدن في شكل المموج تليها الانضمام لهم لخلق هياكل الدورية ^10، مشقوق الترابط صفائح معدنية ^11، وقذف ¹² والنسيج واشتعلت فيه النيران خيوط معدنية لصنع المنسوجات ^13. على الرغم من أن هذه الأساليب تصنيع نقدم نماذج قابلة للتكرار، وأنماط لا تزال محدودة في اتجاه مستو. في محاولة لتوليد 3D نمط التكرار، بدأ الباحثون باستخدام التصنيع مضافة (ص)؛ على سبيل المثال، الانتقائية الليزر ذوبان (حركة تحرير السودان) ^14، شعاع الالكترون ذوبان (EBM) 16. وعلى الرغم من قدرتها على افتعال أمر 3D هندستها شعرية معقدة، لا تزال هناك بعض القيود: صعوبة في استخدام المعادن مع الموصلية الحرارية العالية وارتفاع انعكاسية بصري ^17، الحرارية العالية الإجهاد المتبقية ^18، وسوء الانتهاء من السطح مع ظاهرة "التكور" خلال الليزر أو الإلكترون ذوبان ^19، والخصائص متباين الخواص ^20-21 قطع الناجمة عن التأثير المشترك لتصنيع الطبقات، وتشكيل متباين من الحبوب وحجم مسحوق، قوة وسرعة المسح الضوئي لليزر أو شعاع الالكترون ^15، وارتفاع استهلاك الطاقة، الخ.

الجمع بين البوليمر AM مقرها مع صب المعادن قد توفر طريقة بديلة لتصنيع المعادن شعرية. يمكن للمرء أن نسمي هذا "AM غير مباشر". غير مباشر AM قد توفر حلا للتغلب على المشاكل الفنية AM المباشر للمعادن المذكورة أعلاه. وكانت عدة جهود أماهدي لتصنيع المعادن شعرية استخدام غير مباشرة أكون الجمع بين الطباعة 3D البوليمرات مع الجاذبية أساس الصب ^22-25، على سبيل المثال، وهو صب الاستثمار جنبا إلى جنب مع النمذجة ترسب تنصهر (FDM) لافتعال سبيكة شعرية ^22-25 أو صب الرمل جنبا إلى جنب مع مسحوق الرمال استنادا AM ^23. ويبدو أن صب على أساس الجاذبية أن يبقى التحدي التقني للتغلب على - misrun والمسامية الناجمة عن تصلب المفاجئ من المعادن المنصهرة عندما يجتمعون هياكل الشبكة مع زوايا حادة من قوالب الهيكلية شعرية ^25-26. يبدو مساحة كبيرة نسبيا من قوالب الهيكلية شعرية أيضا للمساهمة في تبريد مفاجئ، مما أدى إلى التصلب المبكرة ^25-26.

في هذه الدراسة، فإننا نقترح على AM غير مباشر البديلة التي قد تغلب على misrun خلال تصنيع المعادن شعرية - صب الطرد المركزي لشعرية تجويف القالب الذي أدلى به 3D المطبوعة شعرية نمط البوليمر الأضاحي. ونحن نستخدم الرقميةمعالجة الضوء (DLP) على طريقة الطباعة 3D لبناء نمط الذبيحه الهيكلي شعرية يليه صب الطرد المركزي من القاعدة والنحاس وسبائك. الهدف من هذه الدراسة هو توفير بروتوكول مفصلة على تصنيع المعادن شعرية 3D وجود شكل معقد وسمك جدار رقيق. المساهمة الرئيسية لهذه العملية هو إتاحة الفرصة لتوسيع التحديد المواد مع انخفاض تكلفة التصنيع لتصنيع المعادن شعرية.

Protocol

1. التخطيط للتجربة

1. رسم نمط الذبيحه (هيكل الجمالون الثماني مع نظام ذرب) باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والبرمجيات كما هو مبين في الشكل (1) وحفظ نموذج كندي كتنسيق ملف المحكمة الخاصة بلبنان.
   ملاحظة: نمط الأضاحي هو نمط متكامل من الجمالون الثماني مع نظام ذرب أن يتم صهرها في نهاية المطاف الصب. لأن نمط الذبيحه يشمل كلا من الجمالون الثماني ونظام ذرب، فإنه لا يمثل بالضبط الجمالون الثماني نفسها. يتم توفير ملف المحكمة الخاصة بلبنان من نمط الأضاحي. تسجيل الصوت من نمط الأضاحي التي يقدمها برنامج CAD، والتي سيتم استخدامها لحساب كتلة المعادن.
2. فتح الرسم CAD من نمط الأضاحي على برنامج الطباعة 3D متصلة طابعة 3D لطباعة النمط.
3. تأكد من أن الطابعة 3D لديها ما يكفي من الأشعة فوق البنفسجية يمكن علاجها / castable البلاستيك الاكريليك والدعم المادي مصنوعة من الشمعفي خراطيش الطابعة.

2. تصنيع نمط الذبيحه

1. تصنيع نمط الذبيحه التي تتكون من هيكل الثماني الجمالون ونظام ذرب باستخدام طابعة 3D (الشكل 2A - C).
   ملاحظة: العمليات في 2.1.3 - ليس مطلوبا 2.1.7 إذا تم استخدام طابعة 3D التي لا تولد المواد الداعمة.
   1. إرسال ملف المحكمة الخاصة بلبنان من نمط الأضاحي إلى الطابعة 3D لطباعة نمط الذبيحه (الشكل 2A).
   2. تذوب من مادة بدعم من نمط الأضاحي في الفرن على أعلى من درجة حرارة انصهار الدعم المادي (60-70 مئوية) لمدة 2 ساعة (الشكل 2B).
      ملاحظة: درجة الحرارة لإزالة الدعم المادي لا ينبغي أن تكون مرتفعة للغاية. وإلا، فإنه قد يسبب الضرر للنمط الأضاحي. نمط الأضحية يبدأ الحصول على تضررت حوالي 80 مئوية في هذه الدراسة.
      ملاحظة: درجة حرارة انصهار supporالمواد ر يختلف مع طابعات 3D حيث يمكن استخدام مواد دعم مختلفة.
   3. ملء نظافة بالموجات فوق الصوتية الرقمية مع زيت الأطفال تصل إلى 2.5 L، الحد الأقصى لحجم هذا المنظف يمكن أن تحتوي على (الشكل 2C).
      ملاحظة: وقد أوصى المورد من الطابعة 3D لاستخدام زيت الأطفال لإذابة بقايا من الدعم المادي تشبه الشمع.
   4. وضع نمط الأضاحي في نظافة بالموجات فوق الصوتية الرقمية وتشغيل قوة المنظف (الشكل 2C). تأكد من أن نمط الذبيحه مغمورة تماما في مجال النفط.
   5. إزالة بقايا من الدعم المادي عن طريق غمس نمط الأضاحي في النفط عند 65 مئوية لمدة 40 دقيقة (الشكل 2C).
   6. إخراج نمط الذبيحه من نظافة إذا تمت إزالة الدعم المادي تماما.
   7. لديهم الذبيحه نمط الجافة مع مروحة في RT (~ 20 ج) (الشكل 2C).
      ملاحظة: يستغرق حوالي 2 ساعةحتى الزيت على سطح نمط الأضاحي يتم تجفيفها بالكامل. النظر في نمط فداء لأن تجفف تماما إذا كان السطح ليست لزجة.

3. تصنيع القالب

1. الجمعية نمط
   1. إرفاق المطاط طوقا للنمط الذبيحه (الجمالون الثماني مع نظام ذرب) ووضعها على الجزء السفلي من قارورة على شكل اسطوانة مع ارتفاع 6.35 سم وقطرها 6.35 سم (الشكل 2D).
      ملاحظة: إعداد اثنين من قوارير ليلقي كل المعادن. القاعدة والنحاس وسبائك.
   2. الاختيار مزدوج إرفاق طوقا المطاط مع نمط الذبيحة تماما إلى أسفل القارورة.
   3. التفاف قارورة مع شريط لاصق بحيث خليط الاستثمار مسحوق المياه، التي سيتم وصفها في المقطع التالي الداخلي، قد لا تسرب من قارورة.
2. إعداد قالب الاستثمار
   1. إعداد مسحوق الاستثمار (كبريتات ₄ 3) من 89 غرام، وهو 87.16 مل. استخدام مقياس لوزن مسحوق الاستثمار.
      ملاحظة: يتم عرض الخصائص الفيزيائية للمسحوق الاستثمار في الجدول 1.
   2. صب مسحوق الاستثمار في وعاء خلط (1 لتر).
   3. صب الماء (114 مل) في وعاء الخلط. استخدام كوب لقياس حجم المياه.
   4. خلط مسحوق الاستثمار مع الماء في وعاء لمدة 3 دقائق. تخلط جيدا حتى لا توجد كتل في الخليط الاستثمار مسحوق الماء. وإلا، فإنه قد يسبب سوء نوعية سطح القالب الاستثمار. اتبع تدفق العمل، كما هو مبين في الشكل (3).
   5. من أجل إزالة فقاعات الهواء في الخليط، ووضع وعاء في فراغ الغرفة لمدة 90 ثانية حتى لا يمكن أن ينظر إلى فقاعات الهواء في الخليط مع عيون العارية (الشكل 3).
   6. صب الخليط في قارورة ترسيخ نمط الأضاحي والمطاط طوقا (الشكل 2E).
   7. ضع إف إل أي إسك في فراغ الغرفة مرة أخرى لمدة 90 ثانية لإزالة بقايا من فقاعات الهواء داخل الخليط (الشكل 3).
   8. يجف الخليط داخل القارورة حتى يتم تصلب عليه في RT (الشكل 3).
      ملاحظة: عادة، يستغرق حوالي 10-15 دقيقة للالخليط إلى أن تصلب في RT.
   9. إزالة قارورة والمطاط طوقا في الجزء السفلي من الخليط في قارورة واحدة هو صلابة الخليط (الشكل 3). يمكن أن يسمى هذا المنتج قالب الجص.
3. احترق
   1. إعداد الوقت حرق في الفرن مع اتباع التدفئة والتبريد جدول (الشكل 4) تدفئة 23-150 درجة مئوية في 2.1 ج / دقيقة. 150-370 C 3.7 ج / دقيقة. 370-480 C على مستوى 1.85 ج / دقيقة. 480-730 C عند 4.17 ج / دقيقة. 730 مئوية لمدة 1 ساعة. التبريد 730-480 مئوية في -4.17 ج / دقيقة.
      ملاحظة: المرة لنفاد فارالمنشأ مع حجم القارورة. في هذه الدراسة، ضبط الوقت نفاد إلى 6 ساعات.
   2. وضع قالب الجص في الفرن (الشكل 2F).
   3. تشغيل الفرن وزيادة درجة الحرارة في الفرن لإزالة نمط الأضاحي داخل قالب الجص. اتبع حالة درجة الحرارة في الشكل (4).
      ملاحظة: نظرا لأن الأشعة فوق البنفسجية يمكن علاجها / castable البلاستيك الاكريليك، ومواد نمط الأضاحي، هو من البلاستيك بالحرارة الاكريليك البوليمر، فإنه لا تتدفق ولكن نأت إلى مرحلة الغاز في الفرن.
4. صب الطرد المركزي (الشكل 2G)
   1. تأكد من أن ذراع آلة صب الطرد المركزي ليدور مع سرعة الزاوي من 425 دورة في الدقيقة باستخدام مقياس سرعة الدوران بعد تشغيل الطاقة من آلة صب الطرد المركزي.
   2. إعداد اثنين من بوتقة السيراميك التي يمكن أن تعقد سبيكة 150 غ لتذوب. استخدام بوتقة منفصلة عن القاعدة والنحاس وسبائك لمنعهم من خطر التلوث همنظمة العمل ضد الجوع الآخرين.
   3. بدوره على قوة آلة صب الطرد المركزي.
   4. باستخدام قطع معدنية، ختم سبائك الى قطع مع 10-20 ملم في الطول. إعدادهم بما يكفي لملء تماما تجويف القالب الذي يجب أن يكون نفس النمط الذبيحه حجم.
      ملاحظة: تختلف كتلة من المعادن اللازمة لملء نفس حجم تجويف القالب تدرس كثافة متفاوتة لكل معدن.
   5. ارتداء الملابس لهب والقفازات، ونظارات واقية. إعداد دلو من الماء (سعة 30 لتر) في RT.
   6. أخذ قالب الجص مؤقتا من الفرن في القسم 3.3، وتثبيته في المهد قارورة وتحقيق التوازن بين ذراع آلة صب الطرد المركزي (الشكل 5).
   7. وضع قالب الجص إلى الفرن وقبل حرارة تصل إلى 482 درجة مئوية قبل الصب.
   8. وضع البوتقة في حامل بوتقة (الشكل 5).
   9. وضع سبيكة المفروم في بوتقة.
   10. فتح صمام الاوكسجينخزان متصلا مع الشعلة الأكسجين الأسيتيلين والحفاظ على مستوى الضغط في خزان من 96.5 كيلو باسكال (14 رطل).
   11. إشعال الشعلة الأكسجين الأسيتيلين مع أخف وزنا والتحكم في شدة اللهب عن طريق ضبط مزيج من الغازات.
       ملاحظة: هناك حاجة إلى الحذر عند استخدام الشعلة الأكسجين الأسيتيلين. لأقصى درجة حرارة الشعلة حوالي 1200 درجة مئوية.
   12. تذوب سبيكة المفروم (آل سبائك النحاس أو سبائك) مع الشعلة في بوتقة حتى يصبح سبيكة تماما السائل.
   13. تحريك سبيكة في بوتقة مع قضيب الكربون حتى ذاب سبيكة المفروم تماما.
   14. وضع قالب الجص في المهد قارورة الخلفي بجانب بوتقة تحتوي على سبائك المصهور (الشكل 5).
   15. إغلاق غطاء الجهاز صب الطرد المركزي، والسماح للذراع تدوير الطرد المركزي والانتظار على الأقل لمدة 3 دقائق.
       ملاحظة: آلة صب الطرد المركزي يبدأ العمل في أقرب وقت يتم إغلاق غطاء آلة الصب. الذراع الطرد المركزيتدور بسرعة 425 دورة في الدقيقة والتي تتطابق مع سرعة مدخل في تجويف القالب من نمط الأضاحي، والخامس _ص = 8.03 م / ث ^{28 و 29} في الشكل (5) حيث يتم احتساب-سرعة مدخل باستخدام ديناميكا الجسيمات العيانية من الزاوي سرعة صب الطرد المركزي ذراع ^{28، 29.}
   16. إيقاف الطاقة من آلة صب الطرد المركزي بعد تناوب 3 دقائق من الذراع.
   17. فتح غطاء الجهاز الصب.
   18. أخذ قالب الجص من مهد قارورة باستخدام ملقط.
   19. الحفاظ على العفن على RT لمدة 15-20 دقيقة حتى يتحول اللون من سبائك المصهور إلى نسخة أصلية واحدة في المرحلة الصلبة.
   20. باستخدام ملقط، إخماد قالب الجص في الماء وضعت في دلو (30 لتر) في RT لمدة 5 دقائق. تأكد من أن درجة حرارة القالب الجص على مقربة RT بعد التبريد.
   21. من أجل الحصول على المعدن شعرية داخل القالب، حلالعفن في الماء. قالب مصنوع من الجبس يذوب بسهولة في الماء.

4. بعد المعالجة للمنتج النهائي من محاذية تروس المعادن

1. بدوره على قوة المنظف.
2. ضع المعادن الثماني الجمالون على منصة داخل المنظف وإغلاق باب الجهاز.
3. وضعت على قفازات والاستيلاء على مسدس المنظف.
4. الاستيلاء على جزء ذرب من المنتجات المعدنية وتفجير الجص المتبقية من المعدن شعرية مع المنظف لمدة 2 ساعة.
   ملاحظة: يتم إصلاح شدة المنظف تلقائيا ما يقرب من 550 كيلو باسكال. مرة واحدة يتم فيها تشغيل المنظف، ثم يأتي الهواء خارج تلقائيا من مسدس.
5. الحفاظ المنظف على التوالي حتى تتم إزالة بقايا الجص الاستثمار داخل المعدن الثماني الجمالون تماما أثناء التحقق بالعين المجردة.
   ملاحظة: ليس هناك معيار المجهري على إزالة بقايا الجص. هذا هو خارج نطاق هذه الدراسة. توهو مصمم إزالة بقايا الجص بسهولة بالعين المجردة. لأن الجمالون الثماني هو هيكل الخلية مفتوحة، فمن الممكن أن نرى من خلال ومعرفة ما اذا كان وجود أو عدم إزالة بقايا الجبس تماما.
   وينبغي توخي الحذر لالمنظف للا ضرر المعدن الثماني الجمالون مع سمك جدار رقيق (0.5 ملم) في الضغط العالي (550 كيلو باسكال): مذكرة.
6. إذا لم تتم إزالة بقايا الجص الاستثمار داخل المعدن الثماني الجمالون الكامل مع المنظف، واستخدام وسائل إضافية بعد تجهيز، على سبيل المثال، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية أو ترك المنتج في الماء لمدة يوم واحد.
7. في حالة استخدام منظف بالموجات فوق الصوتية، وملء 0.7 لتر ماء في نظافة بالموجات فوق الصوتية ووضع المعدن الثماني الجمالون مع بقايا الجص في نظافة بالموجات فوق الصوتية.
   1. بدوره على السلطة من نظافة بالموجات فوق الصوتية.
   2. تعيين شرط العملية؛ على سبيل المثال، 3 ساعة على 70 درجة مئوية.
   3. خذ المعدن الثماني الجمالون من نظافة بالموجات فوق الصوتية مرة واحدة عشرتنتهي عملية ه.
   4. تجفيف المعادن الثماني الجمالون في RT حتى الماء على سطح المعدن إزالتها بالكامل.
8. كطريقة معالجة آخر بديل، وترك المعدن الثماني الجمالون في الماء. هذا يسبب بقايا الجص إلى أن يذوب في الماء.
   1. وضع المعدن الثماني الجمالون مع بقايا الجبس في الماء وتترك لمدة يوم واحد بحيث تصبح قوة الترابط بين الجص الاستثمار وسطح المعدن تضعف في الماء.
   2. خذ المعدن الثماني الجمالون خارج الماء.
   3. تجفيف المعادن الثماني الجمالون في RT حتى الماء على سطح المعدن إزالتها بالكامل.
9. باستخدام منشار أو غيرها من الأدوات المناسبة، وقطع معدنية محشوة تجويف الجزء نظام ذرب من المنتجات المعدنية والحصول على النهائي المعادن الثماني الجمالون مع حجم 25 ملم × 25 ملم × 25 ملم، كما هو مبين في الشكل 1B.

Representative Results

باستخدام التصنيع المضافة غير المباشرة الموضحة في قسم البروتوكول، واستخدمت القاعدة والنحاس سبائك للمعادن التصنيع الثماني الجمالون، كما هو مبين في الشكل رقم 1 وتتلخص إجراءات صب كله في الشكل 2 ويتكون الإجراء من ثمانية أقسام: (أ) الذبيحه نمط الطباعة (ب) انصهار التدريجي من الدعم المادي (ج) إزالة بقايا المواد دعم (د) التجمع نمط (ه) الاستثمار (و) حرق من أنماط الأضاحي (ز) صب الطرد المركزي، و (ح) مرحلة ما بعد معالجة. تم إجراء عملية الخلط الاستثمار من أجل التأكد من عدم وجود كتل في الخليط في الماء الاستثمار، كما هو مبين في الشكل (3). وقد أجريت عملية الحرق من خارج لمدة 6 ساعة لإذابة خارج نمط الأضاحي كما هو مبين في الشكل 4، تليها عملية صب الطرد المركزي (الشكل 2G والشكل 5). الشكل 6يدل على المنتجات النهائية من المعادن الثماني الجمالون مع القاعدة والنحاس وسبائك. فإنه يدل على أن آل سبيكة المنصهر يملأ تماما القالب شعرية كامل تجويف دون misrun. من ناحية أخرى، يظهر سبائك النحاس المنصهر لديها عيب الصب مع التصلب السابق لأوانه في هذه المرحلة المبكرة من حقن المعدن المنصهر في المدخل.

الشكل 1. رسم تخطيطي للمحاذية تروس الهيكل مع نظام Sprue قناة الصب. ويبين الشكل 1 تخطيطي من نمط الذبيحه هيكل الثماني الجمالون مع نظام ذرب المستخدمة في هذه الدراسة. ويتكون النظام ذرب من ورقة سماكة 1 ملم، وبعرض 25 مم، ودعامة وجود 10 ملم في الطول و 6 ملم في القطر. نظام ذرب يمكن تعديلها باستخدام برنامج CAD، إذا لزم الأمر، لتصميم سيولة أفضل من المعدن السائل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. نظرة عامة على AM غير المباشر مع الإجراءات صب الطرد المركزي: (أ) الطباعة نمط (ب) تذوب من الدعم المادي (C) إزالة بقايا من الدعم المادي (D) نمط التجمع (E) الاستثمار (F) حرق -out من نمط الذبيحه (G) صب الطرد المركزي، و (H) بعد تجهيز. ويظهر هذا الرقم الإجراء بأكمله على افتعال المعادن الثماني الجمالون باستخدام AM غير مباشر مع صب الطرد المركزي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ه 3 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 53605 / 53605fig3.jpg "/>
الشكل 3. جدول العمل على إعداد قالب جبس. ويبين الشكل 3 إعداد قالب الجص وإجراءات لتتصلب في القارورة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم الجدول 4. حرق التدريجي من نمط الذبيحه داخل قالب جبس الشكل 4 يوضح عملية حرق للخروج من نمط الأضاحي داخل الخليط صلابة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

د / 53605 / 53605fig5.jpg "/>
. الرقم 5. تخطيطي لآلة صب الطرد المركزي يتكون الجهاز صب الطرد المركزي من ثمانية مكونات هي: رمح الرئيسي، قاعدة، صب الذراع، والأوزان، مهد قارورة، قارورة مهد عقد الأسلحة، حامل بوتقة، وبوتقة عقد الأسلحة. الذراع غلاف متوازن مع تحريك الأوزان على طول الذراع الصب. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6. المنتج النهائي من محاذية تروس المعادن: هياكل الجمالون محاذية مع (A) القاعدة وسبائك الرصاص (B) النحاس. فإنه يدل على درجة جيدة من الإنجاز على ثمانية الجمالون آل سبيكة. من ناحية أخرى، لوحظ على درجة سيئة من الانتهاء مع ثمانية الجمالون النحاس سبيكة. ملفات / ftp_upload / 53605 / 53605fig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الملكية	القيمة [وحدة]
الكثافة عند 20 درجة مئوية	1019 [كغ / م ^ 3]
الموصلية الحرارية عند 20 درجة مئوية	0.47 [W / (م * K)]
معامل التمدد الحراري عند 20 درجة مئوية	7.22E-6 [/ ° C]
خشونة	2.72E-6 [م]

الجدول 1. خصائص مسحوق الاستثمار. هذا الجدول يبين الخصائص الفيزيائية للمسحوق الاستثمار المستخدمة في هذه الدراسة.

r.within الصفحات = "1" FO: المحافظة على مع next.within صفحة = "دائما">

40 مل من الماء إلى مسحوق ز 100
قطر قارورة	ارتفاع
	5.08 سم	6.35 سم	7.62 سم	8.89 سم	10.16 سم	12.7 سم	15.24 سم
6.35 سم	226.8 ز 91 مل	283.5 ز 114 مل	340.19 ز 136 مل	396.89 ز 160 مل	453.59 ز 183 مل	566.99 ز 228 مل
(أعلى شخصية - مسحوق الاستثمار (ز)، الرقم أسفل - المياه (مل))
ملاحظة: في هذه الدراسة، تم استخدام قارورة مع ارتفاع 6.35 سم وقطرها 6.35 سم.

الجدول 2. خلط شروط مسحوق الاستثمار مع الماء لمدة متباينةقارورة الحجم: هذا الجدول يبين شروط خلط مسحوق الاستثمار والماء لحجم قارورة متفاوتة الموصى بها من قبل الشركة المصنعة. في هذه الدراسة، تم استخدام قارورة مع ارتفاع 6.35 سم وقطرها 6.35 سم.

(أ) التركيب الكيميائي لشركة سبائك
مادة	وحدة
سبائك الألومنيوم	التركيب الكيميائي
		شركة	كر
	Min./Max.	> 99	<0.05
(ب) الخصائص الفيزيائية لشركة سبائك
الملكية		وحدة
درجة الحرارة Liquidus		660 ° C
olspan = "2"> درجة الحرارة الخط المائل	660 ° C
كثافة		2340 [كغ / م ^ 3] @ 850 ° C
حرارة نوعية		1090 J / كغ ∙ ° C
توصيل حراري		0.9428 [W / (سم * ° C)] @ 850 ° C
لزوجة		0.00087 [با ∙ ق] @ 850 ° C
سطح معامل التوتر		900 [ن / مم]

الجدول 3 التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية لشركة ألمنيوم ^30: (أ) التركيب الكيميائي لشركة سبائك و (ب) الخصائص الفيزيائية لشركة سبائك.

"دائما">

(أ) التركيب الكيميائي للنحاس سبائك
مادة	وحدة
سبائك النحاس (مجوهرات البرونزية)	التركيب الكيميائي (٪ ماكس، إلا كما هو موضح مجموعة من الوسط)
		النحاس	سي	الزنك	ملغ	برميل
	Min./Max.	91.9	4	4	0.25 ماكس	0.25 ماكس
(ب) الخصائص الفيزيائية من النحاس سبيكة
الملكية			وحدة
درجة الحرارة Liquidus			1035 درجة مئوية
درجة الحرارة سوليدوس			1005 درجة مئوية
كثافة			7200 [كغ / م ^ 3] @ 1200 درجة مئوية				حرارة نوعية			380 J / كغ ∙ ° C
توصيل حراري			1.44 [W / (سم * ℃)] @ 1200 درجة مئوية
لزوجة			0.0038 [با ∙ ق] @ 1200 درجة مئوية
سطح معامل التوتر			1500 [ن / مم]

الجدول 4 التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية من النحاس سبيكة ^30: (أ) التركيب الكيميائي للسبائك النحاس و (ب) الخصائص الفيزيائية من النحاس سبيكة.

Discussion

لصب المعادن التقليدية، فمن المهم للحفاظ على تدفق المعدن المنصهر على نحو سلس ومبسط في "الصفحي" في تجويف القالب وبدلا تجنب تدفق غير النظامية وتحريكها لوحظ بشكل عام في التدفق المضطرب ^27. وفقا لذلك، من المهم لتصميم بشكل صحيح مدخل للنظام ذرب المرتبطة سرعة الدوران من الذراع المركزي للحفاظ على تدفق المعدن المنصهر داخل القالب شعرية تجويف 'الصفحي.

في هذه الدراسة، والخطوات الحاسمة على البروتوكول هي خلط مسحوق الاستثمار مع الماء، وحرق للخروج من نمط الأضاحي، وعملية صب الطرد المركزي. عملية خلط مسحوق الاستثمار مع الماء مهم جدا لأنه يتم التحكم نوعية قالب الجص بشكل رئيسي من قبل هذه العملية، والتأثير بالتالي على درجة من الانتهاء من المنتجات النهائية من المعادن الثماني الجمالون. على سبيل المثال، إذا كان خليط الماء الاستثمار الخشنة جدا، وroughn السطحيصبح وفاق سطيف عالية، مما يؤدى إلى سوء الانتهاء من السطح من المنتجات النهائية. عملية حرق للخروج من نمط الذبيحه ضروري أيضا لتحديد جودة المنتجات النهائية لبقايا من نمط الذبيحة يؤدي إلى خلل الصب مثل misrun أو المعدن اختراق إذا لم يتم حرق نمط الذبيحة تماما. الخطوة الرئيسية الأخيرة هي عملية صب الطرد المركزي. مطلوب الإعداد السليم الصب لملء تماما المعدن السائل في القالب الاستثمار تجويف مع شبكة على شكل هيكل الثماني الجمالون معقدة.

كما يمكن أن يرى في الشكل (6)، وفقا للشروط تجهيز نفسها، على سبيل المثال، سرعة مدخل، ودرجة الحرارة مدخل من المعدن المنصهر، ودرجة الحرارة قبل الحرارة من العفن والنحاس وسبائك يظهر التصلب المبكرة في القالب شعرية تجويف مع سمك الجدار 0.5 مم (الشكل 6 (ب)). ويعتقد أن يكون سبب هذا التوتر ارتفاع سطح (1500 نيوتن / مم) واللزوجة العالية (0.00038 باسكال · ق) منسبائك النحاس من خلال القنوات الصغيرة في شعرية تجويف القالب. من ناحية أخرى، يبدو أن المنخفض نسبيا معامل التوتر السطحي (900 نيوتن / مم) واللزوجة (0.00087 باسكال · ق) من آل سبيكة المنصهر تمكنه من ملء تماما الثماني الجمالون شعرية تجويف القالب. فمن المستحسن للعثور على سرعة مدخل المثلى من المعدن المنصهر لصب الهياكل شعرية شبكة 3D مع سمك جدار رقيق من أجل التغلب على هذا التغيير المفاجئ في تدفق اتجاه المعدن المنصهر وتأثير التوتر السطحي في القناة الصغيرة لل شعرية الهيكلي تجويف القالب.

ومن المعروف أن تأثير التوتر السطحي من المعدن المنصهر لتكون مهيمنة على قناة رقيقة حيث هذا شعرية تجويف القالب هندسة في هذه الدراسة يمكن تطبيقها. قد يكون من الممكن لتصنيع شعرية النحاس سبيكة مع سمكا سمك الجدار وارتفاع سرعة حقن صب الطرد المركزي كما هو موضح في عملنا السابق ^28-29.

مباشر AM أساليب يمثواعتبرت ساعة كما حركة تحرير السودان وEBM لطرق التصنيع المحتملة لوخفيفة الوزن المعادن شعرية 3D. ومع ذلك، يبدو أن أساليب AM المباشرة أن تكون محدودة في اختيار المواد. على سبيل المثال، تكنولوجيا الحاسبات المصرية الحالية تقتصر على تي-6AL-4V وو Inconel ^31. على الرغم من الاستخدام الواسع النطاق في الفضاء والتطبيقات الحيوية الزرع، والألمنيوم، على سبيل المثال، لا يتم إنتاجها باستخدام هذه التكنولوجيا. نظريا، يمكن أن يكون من الممكن تمديد AM المباشر إلى المعادن مسحوق الأخرى من خلال مراقبة وثيقة من المعلمات العملية. ومع ذلك، من الناحية العملية، وقد تم الإبلاغ عن AM المباشر لديك صعوبة في افتعال أجزاء مع مساحيق المعادن مع الانعكاس الضوئي عالية والموصلية الحرارية العالية، على سبيل المثال، شركة. وعلاوة على ذلك، تم إصدار التبخر وانفجار محتمل داخل الغرفة بناء على مسحوق الألومنيوم ^31.

وAM تقنية غير المباشرة المقترحة كبيرة لأن هذا يتيح لتصنيع هياكل شعرية مع المعادن حيثطرق AM المباشرة تعاني صعوبة، مما أدى إلى تمكين القدرة على تصنيع العامة للمعادن شعرية 3D مع AMS المباشر وغير المباشر من خلال توسيع نطاق الاختيار من المعادن. وبالإضافة إلى ذلك، صب الطرد المركزي، وهي خطوة في هذه الدراسة، ومن المعروف أن توفر خاصية الخواص الأجزاء المعدنية بسبب انتشار متساوية نسبيا من المعدن المنصهر في تجويف القالب. هذا قد حل القضية الحالية AM مباشر على تباين الناجمة عن كل من التصنيع الطبقات وتشكيل متباين من الحبوب ^20-21.

استكشاف المعادن الأخرى لAM غير مباشر مع دراسات حول تأثير عملية المعلمات على هندستها شعرية سوف تترك لعملنا في المستقبل.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Motorized centrifugal casting machine	Rey Motorized Centrifugal Casting Machine, Rey Industries Inc.		Made in U.S.A. by Rey industries, Inc. Dallas, TX 75220
Gypsum powder	Satin Cast 20, FindingKing Kerr	7960	Gypsum powder is used to make the investment mixture
Ployjet 3D printer	Projet HD3500 Plus, 3D Systems		This polymer based 3D printer to print out sacrificial pattern for casting.
Cartridge materials - UV curable and castable acrylic plastic	VisiJet Procast, 3D Systems		This is castable material that is going to be burn out before casting
Cartridge materials- support material	VijiJet S300, 3D Systems		This is support material that is going to be removed before pattern assemble
Ancient Bronze Casting Grain	Rio Grande	706051	This true bronze grain contains no zinc. Highly fluid, it melts quickly, casts cleanly and provides a good balance between strength and durability. The warm, deep-bronze color has rich red undertones, and the alloy takes a good patina. Composition is 90% copper with an amount of tin; fits into the CDA#90700 category. This grain is sold in 1 lb. packages.
Aluminum Round Wire, 1/8", 1-Lb. Spool, Dead Soft	Rio Grande	134700	Lightweight and strong, aluminum wire is an economical and versatile choice. Not as bright-white as silver, aluminum offers a warmer tone much like that of platinum. Solder ONLY with low-temp solders such as Stay-Brite; suitable for both pulse-arc and laser welding. This quality aluminum wire is packaged on 1 lb. spools.
Computer aided design software (Pro-e)			This software can be replaced with the others such as Auto CAD, Catia, and so on.
ProJet Finisher 1-A	3D Systems		This machine is used to melt the support material.
160 Watt 2.5 Liters Digital Ultrasonic Cleaner with Timer Heater Rings Tools	Chicago, Electric, Power Tools		85 oz. capacity, Five cleaning cycles: 90, 180, 280, 380 and 480 seconds, Clean with or without heat, Easy-to-read LED digital timer, Clear-view window
Fan	Honeywell Inc.	HT-800	120 V A.C., 60 Hz., 0.85 A. TP
Paraffin wax for wax sheet - Modeler's Pink Wax Sheet, 3" by 6", 24-Ga.	Rio Grande	700075	Sheet wax is flexible and can be cut or formed into any shape. It’s ideal for designing since you can draw or trace directly onto the sheet; choose green or pink depending on which will best show your designs. High manufacturing standards ensure exceptional consistency and significant price savings. Value is enhanced by larger package quantities at the same price as the smaller packages available elsewhere. Each 8-oz. package contains approximately 30 sheets.
Paraffin wax for wax stick - Modeler's Medium Red Sprue Wax, 8-Ga	Rio Grande	700741	A pliable, softer sprue wax than the firm blue. Good for forming gates and sprues and burns out cleanly with no residue.
Alcohol Lamp	Rio Grande	700008	Use this lamp to heat wax-working tools or as a flame polisher. The heavy glass reservoir has faceted sides to allow it to be tipped for angling the flame. A screw adjustment for the 7" x 3/16" wick controls the height of the flame. A safety cap snuffs the flame and prevents fuel evaporation. For the best flame, use methyl alcohol fuel. Replacement wicks available. Reservoir holds 5 oz. (150 ml) of fuel.
Wax carving tool set - Soft Grip Wax Carvers, Set of 10	Rio Grande	700329	This boxed set offers the best in cutting and shaping technology. Each of these ten high-quality steel wax-carving tools features a 5/16" PVC covered handle that ensures a sure, comfortable grip through hours of work and all have sharp edges for shaping and fine detailing. Sharpen or custom-shape each tool to fit your needs. These tools provide exceptional tool strength and deliver excellent results. This set comes in a hinged, foam-lined wood box.
Rubber Mixing Bowl, 1 - 1/2 Qt.	Rio Grande	702131	This highly-flexible vulcanized rubber bowl is easy to grip, will not be marred by a spatula and cleans with ease.
Pyrex Beaker, 1,000ml	Rio Grande	335040	Ideal for holding and heating bath plating solutions, this genuine Pyrex glass beaker is sturdy and durable.
Rio Premium Stainless Steel Flask, 2 - 1/2" dia.	Rio Grande	70201514	This solid, #304-quality stainless steel flask is corrosion-resistant, durable for a long service life and performs under extreme temperature without distortion.
CAST/T Ceramic Casting Crucible, 450 g	Rio Grande	705047	Made exclusively for the CAST/T centrifugal casting machine, this crucible is designed with an angled base that slides into the hinged bracket on top of the casting machine. This brings the crucible into perfect alignment with the center of the flask ring to ensure an error-free pour.
MyWeigh iBalance 300 Digital Scale	Rio Grande	116850	This scale is used to measure the weight of the sacrificial and sprue system for metal which is going to be used for centrifugal casting.
Rubber bottom - CAST/T Flask Ring Base	Rio Grande	705025	Specially made for the CAST/T centrifugal casting machine, this rubber base accommodates all Table King flask ring styles, creating a secure, airtight seal throughout the investment process. The center post fits either of the wax disc styles for complete versatility.
Scotch® Colored Duct Tape, 1 7/8" x 20 Yd., Blue	OfficeMax	22353766	This scotch tape is used to make sure that the gypsum-water mixture fully covers the assembled sacrificial pattern inside the flask by allowing for extra material above the flask height
Vacuum casting machine - V.I.C. 12 Tabletop Solid- and Perforated-Flask Casting Machine with The Rio Assistant, 110-Volt	Rio Grande	70511814	The V.I.C. 12 casting machine offers all the latest technical innovations for efficient, productive vacuum investing and casting. Designed to meet the demands of medium-sized casting operations, this machine includes a powerful 1/2 hp, 5cfm vacuum pump for effective vacuuming and outstanding casting results. The V.I.C. 12 casts small or large flasks. Includes an adapter table that accepts standard solid flasks up to 5" x 7" high and is mounted on rubber feet for stability.
Furnace for burn out sacrificial pattern -Rio Model 1000 Enameling Kiln with Nine Program Controller	Rio Grande	703121	The Rio enameling kiln features three pre-set firing temperatures for enamels and six that you can define. Use the exclusive Rio controller to set and maintain firing temperatures. Perfect for all types of enameling, including tall pieces. Includes ample space for firing and an easy-latch door that will not jar your enamels when opening and closing. Also suitable for metal clay, glass and ceramics. Galvanized steel case with high-temperature insulating firebrick keeps them cool. Element protected in recessed groove. Includes user instructions.
Smith Complete Little Torch Acetylene and Oxygen System	Rio Grande	500030	Get everything you need to equip your shop for soldering and brazing. Use Little Torch systems for gold or silver soldering, brazing and casting applications. Complete every soldering and melting job with confidence and ease! This system accepts all Little Torch accessory tips for melting, brazing and large soldering jobs and is a staple for every jeweler.
Heat-Resistant Safety Apron	Rio Grande	750160	The specially designed apron has an 800 °F (427 °C) temperature resistance. Its reflective finish repels hot metal splashes and helps insulate the wearer from heat.
Radnor Heat-Resistant Gloves	Rio Grande	350050	These flexible, heat-resistant gloves are ideal for enameling projects, allowing you to grip even small tongs securely. Blue, shoulder-split leather gloves are made of tough cowhide and lined with cotton and foam, and have reinforced thumb wings.
Platinum Soldering Glasses, #7	Rio Grande	113914	Protect yourself and your employees when soldering platinum. Comfortable glasses feature adjustable earpieces and 52mm IR green polycarbonate #7 lenses. The #7 lens is approved by The Platinum Guild.
Economy Light-Duty Flask Tongs	Rio Grande	704026	Constructed of bent steel, these tongs are designed to handle flasks 3-1/2" or less in diameter. The small-angle notches grip smaller flask sizes and the larger, rounded contour area securely holds larger flasks.
Separating Screen Bucket	Rio Grande	201360	15"-diameter, 11-1/2"-deep
Sand blaster - Econoline - 101701CB-A - Free-Standing Cabinets Workspace Width (Inch): 60 Workspace Depth (Inch): 48	MSC industrial supply Co.	223818	Ree-Standing Cabinets; Workspace Width (Inch): 60; Workspace Depth (Inch): 48; Workspace Height (Inch): 40; Air Requirement: 12 CFM @ 80 psi; Overall Cabinet Width (Inch): 65; Maximum Cabinet Depth (Inch): 86
Johnson's Baby Oil Shea & Cocoa Butter	Wal-Mart	260074132	This baby  oil is used for removing the residue of the support material for the castable sacrificial pattern using Digital Ultrasonic Cleaner.
German 4" Saw Frame and Saw Blade Kit	Rio Grande	110112	Quality, German-made frames are our most popular saw frames, and this frame includes a sampler pack of Rio German saw blades! The adjustable saw frame allows you to achieve the blade tension you want. Throat depth is 102mm (4"). Saw blades have rounded backs that make cutting curves and corners easy and are made from hardened, tempered steel.