توصيفگر ها :
كروي سازي پودر , پلاسماي جفت شده ي القايي , فركانس راديويي , ساخت افزودني
چكيده فارسي :
روش ساخت افزودني يا چاپ سه¬بعدي يكي از روش¬هاي ساخت مدرن بر مبناي تشكيل تدريجي لايه¬لايه مواد روي هم مي¬باشد و با توجه به قابليت¬ها و مزاياي آن نسبت به روش¬هاي سنتي، از جمله امكان ساخت قطعات پيچيده و تسريع در فرايند طراحي تا ساخت، در صنايع مختلف مورد توجه قرارگرفته¬است. يكي از اين روش¬ها، ذوب بستر پودر است كه قادر به توليد قطعات پليمري، سراميكي و فلزي است، در اين روش از يك بستر پودر براي ساخت قطعات استفاده مي¬شود و به علت امكان ساخت قطعات با كيفيت سطح مطلوب و ساخت هندسه¬هاي پيچيده يا متخلخل و در نتيجه امكان بهينه¬سازي هندسي، جايگاه ويژه¬اي در صنعت پيدا كرده¬است. ماده اوليه¬ي اين روش، پودر است و خواص اوليه پودر، تاثير بسزايي در فرايند ساخت و كيفيت قطعه نهايي دارد. از طرفي پودر ورودي به اين سيستم بايد داراي ويژگي¬هايي باشد تا قطعه نهايي توليد شده داراي كيفيت مناسب، تراكم كافي، خواص مكانيكي مورد انتظار و حداقل عيوب باشد و فرايند ساخت به درستي انجام شود. از جمله مهم¬ترين ويژگي¬هاي پودر مورد استفاده در اين روش شكل¬كروي، توزيع اندازه كم ذرات، جريان¬پذيري و عدم وجود ناخالصي در آن است. براي فراوري پودري با خواص ذكر شده لازم است از روش¬هاي توليد پودر كه امكان كنترل اندازه ذرات و كروي¬سازي پودر را دارد استفاده-شود. در ميان روش¬هاي توليد يا فراوري روش كروي¬سازي پلاسماي القايي با فركانس راديويي به دليل توليد پودر كروي با كيفيت مورد نياز براي ساخت¬افزودني، مورد توجه بيشتري قرار گرفته است و يك روش تجاري براي توليد پودر كروي مورد استفاده در ساخت¬افزودني به حساب مي¬آيد. از مزاياي اين روش نسبت به ساير روش¬هاي توليد پودر مي¬توان به درصد كرويت بيشتر، صافي سطح بيشتر، توزيع اندازه ذرات كمتر و عدم آلودگي محيطي اشاره كرد؛ همچنين امكان آلياژسازي، اكسيژن¬زدايي و تصفيه پودرهاي بازيافتي از ديگر توانايي¬هاي اين روش توليد پودر است و پودر كروي علاوه بر استفاده در روش ساخت افزودني، كاربردهاي ديگر از جمله در پوشش¬دهي فلزي دارد. به علت محدوديت¬هاي موجود در كشور در زمينه توليد پودر كروي و نياز صنعت به اين ماده اوليه، بومي¬سازي اين روش در ايران علاوه بر اينكه كشور را از واردات اين ماده¬ي اوليه بي نياز مي¬كند، امكان كاهش هزينه چاپ ¬سه¬بعدي فلزي و بازيافت مواد را فراهم مي¬كند. علاوه بر مزاياي اين روش فراوري پودر، مزايا و قابليت¬هاي بلقوه اين پژوهش دست¬يابي به فناوري پلاسماي القايي است كه خود زمينه¬هاي تحقيق و پژوهش را فراهم مي¬كند.
در اين پژوهش در ابتدا مطالعه و بررسي فيزيك پلاسما و روند توليد پودر به روش استفاده از پلاسماي القايي با فركانس راديويي و سپس مروري بر پژوهش¬هاي انجام شده در راستاي كنترل متغيرهاي اين فرايند، اجزاي مختلف سيستم، چالش¬ها و نكات طراحي انجام شده¬است و طراحي اوليه و ساخت سيستم امكان¬سنجي تشكيل پلاسماي پايدار با در نظر گرفتن نكات بررسي شده از پژوهش¬هاي پيشين انجام شده است. سپس با آزمون¬هاي مختلف و تغيير پارامترهاي دستگاه ساخته شده، ايجاد پلاسماي سرد، كنترل متغيرهاي پلاسماي سرد و سپس تبديل پلاسماي سرد به گرم و پايداري پلاسماي گرم با كنترل متغيرهاي فرايند انجام شده¬است. پس از دست¬يابي به پلاسماي بهينه و پايدار در اين دستگاه، ساير اجزا از جمله سيستم جمع-آوري پودر و ساير بخش¬هاي مورد نياز به مجموعه افزوده شده¬است و در نهايت آزمون¬هاي دريافت پودر با استفاده از اين دستگاه مطابق پژوهش¬هاي پيشين روي پودر آلومينيوم و موليبدن، طراحي و بررسي شده¬است. با تكرار آزمون¬هاي مختلف و تغيير شرايط و متغيرهاي موثر بر فرايند، ذرات ريز آلومينيوم و موليبدن كروي با درصد كرويت بالا، سيستم جمع¬آوري پودر و شرايط بهينه با دستگاه ساخته شده استخراج و در نهايت نتايج آزمون¬ها، شرايط بهينه براي دستگاه، نتايج و نكات اين پژوهش و پيشنهادها در ادامه آورده¬شده¬است.
چكيده انگليسي :
3D printing or additive manufacturing (AM) is a novel manufacturing technique, which is based on gradual addition of materials to fabricate functional parts directly from a 3D model. In comparison with traditional manufacturing methods, AM contributes to a short lead time and makes manufacturing of complex parts possible. As a result, AM has been at the center of attention of various industries during the recent years. Powder bed fusion (PBF) is one of the AM techniques, which is utilized for production of polymer, ceramic and metallic components by using powder as the raw material. It is well known that the properties of powder not only affect the process success, but also affect the quality of fabricated parts. Particle shape and size, size distribution and composition are among the main features of powder. Regarding metal PBF, spherical particles with high packing density, sufficient flowability and minimum impurity are desirable. Plasma spheroidization (PS) is one of the powder manufacturing processes for production of spherical particles, and has been considered as a variant method of powder production for PBF in recent years. Higher percentage of sphericity, lower surface roughness, sufficient particle size distribution and being environmentally friendly are main advantages of this method. Furthermore, possibility of alloying, deoxygenation, refinement of recycled powder particles has made this method an industrial and commercial way of producing powder particles suitable for PBF techniques or any process that needs spherical powder. The present study aims to provide better understanding of PS technology for producing spherical particles. In order to fulfill the aim, firstly finite element modeling of Inductively coupled plasma (ICP) was carried using COMSOL software. The Effect of coils count, voltage and power of the Radio-Frequency (RF) power supply, and feeding rate of Argon gas on the plasma temperature and gas velocity were studied. It was found that a decrease in the gas velocity or an increase in the power, leads to higher maximum temperature of plasma and a wider plasma domain. Furthermore, the effect of frequency of RF power supply on the electromagnetic field was studied; and the results revealed that an increase in frequency causes the electromagnetic field domain to be narrower. Afterwards, an experimental RF Inductively Coupled Plasma Spheroidization system was designed, fabricated and assembled using a 450 kHz RF supply with a power of 45 kW. The system was also equipped with a powder feeder and a cyclone as collector; central, carrier and sheath gas inlet and other required accessories. After that, a wide range of experiments were carried out to form stable cold and hot plasma. The effect of RF power, coil size, and feeding gases on the stability of hot plasma formation were investigated. Finally, a feasibility study for spheroidization of irregular powder particles was done. Water atomized Aluminum particles and agglomerated Molybdenum particles, were fed to system at feeding rate of 0.5 to 7 g/min. It was figured out that using optimum process parameters, leads to 20-30% increase in the circularity of the powder particles, a 30% reduction in the aspect ratio, and the particles less than 5 microns to be full spherically. It was also observed that in comparison with droplet particles, the shape change of angular particles occurs more frequently. Increasing the power and reducing the gas flow rate has also led to an increase in sphericity.
