UPOŠTEVANJE TRKOV DELCEV PRAHU S STENO ŠOBE PRI OBLIKOVANJU IZSTOPNE GEOMETRIJE AKSIALNE ŠOBE ZA DOVOD PRAHU PRI LASERSKI DIREKTNI DEPOZICIJI

datum: 14.07.2022

kategorija: Sporočila za javnost

 

Raziskovalci Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so v sodelovanju z raziskovalci  japonskega podjetja DMG MORI objavili rezultate numeričnih in eksperimantalnih raziskav vpliva trkov delcev prahu s steno na obliko izstopne geometrije aksialne šobe za dovod prahu pri laserski direktni depoziciji.  Asist. dr. Andrej Jeromen, asistent raziskovalec Ana Vidergar,  dr. Makoto Fujishima, prof. dr. Gideon N. Levy, in prof. dr. Edvard Govekar  so članek z naslovom "Powder particle–wall collision-based design of the discrete axial nozzle-exit shape in direct laser depositio" objavili v reviji Journal of materials processing technology (IF: 6.162).

Za izboljšanje učinkovitosti procesa direktne laserske depozicije kovinskega prahu je potrebna visoka koncentrirana porazdelitev toka prahu, na katero lahko vplivamo z obliko šobe za dovajanje prahu. V okviru raziskave je bil razvit poenostavljen 3D numerični model toka prahu v izstopnem konusu šobe, ki temelji na trku delcev prahu s steno konusa. Oblika izstopne šobe je bila parametrizirana s kotom izstopnega stožca b, dolžino L in hrapavostjo površine.

fig1

Slika 1. a) Parametri konične izstopne oblike šobe in primeri trajektorij masnih delcev  kot posledica trkov s steno konusa. Razmere trka delcev s steno pri divergentnem izstopnem konusov primeru b) gladke površine, c) hrapave povšine  

Model je bil uporabljen za simulacijo vplivov oblike izstopa iz šobe na koncentracijo in premer d90 porazdelitve toka prahu.

fig2

Slika 2. Rezultati simulacij premera d90 izstopnega curka v odvisnosti od dolžine izstopnega konusa, L: a) pri gladki površini (standardna deviacija kota hrapavosti površine σγ = 0) in različnih kotih izstopnega konusa, β, ter b), c) in d) pri kotih izstopnega konusa β = 0°, 3.5°, and 7.2°, za različne standardne deviacije kota hrapavosti površine, σγ.

Na podlagi rezultatov simulacije (Slika 2) so bile oblikovane šobe s tremi divergentnimi koti  izstopnega konusa (0° - oblika A, 3,5° - oblika B in 7,2°- obloka C,  3,5° - polirana oblika Bp), različnih dolžin in hrapavosti površine. Za prahova z večjimi povprečnimi  velikostmi delcev prahu  22 µm in 82 µm je  bil eksperimentalno potrjena dominantnost vpliva režima trka delcev prahu s steno šobe na porazdelitev izstopnega curka prahu, ter posledično vpliv oblike izhoda šobe na koncentracijo porazdelitve izstopnega toka prahu (Slika 3). Eksperimentalno je bilo pokazano znatno zmanjšanje premera curka prahu s povečanjem divergentnega izstopnega kota konusa šobe in zmanjšanjem hrapavosti površine ter nelinearen vpliv dolžine izstopnega konusa.

fig3

Slika 3. Primeri sumiranih zajetih posnetkov.

Z izvedbo  enoslojnih nanosov  prahu (Slika 4) je bilo pokazano, da se je s spremembo oblike izstopne oblike šobe izkoristek prahu h povečal za 13 % zaradi povečanega kota izstopnega stožca šobe in za 19 % zaradi zmanjšanja hrapavosti površine.

fig5

Fig 4. Primeri posnetkov prerezov nanosov prahu

 

Povezava do članka: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2022.117704

 

nazaj na seznam