Particle Testing Authority puede brindar los servicios necesarios para examinar una diversa variedad de propiedades de partículas y polvo a granel que pueden tener un impacto fundamental en los procesos de fabricación de aditivos:

Tamaño de la partícula

Uno de los atributos más fundamentales para el control es la distribución del tamaño de la partícula.  Además de tener un impacto directo en la fluidez del polvo, también influye en la capacidad de brindar una densidad de capa de polvo uniforme. Esto a su vez determina el gasto de energía necesario para sinterizar o unir las partículas y también afecta el acabado de la superficie de la parte elaborada. La difracción láser es una de las técnicas analíticas más consolidadas y aceptadas para la determinación del tamaño y de la distribución de las partículas.

 

Forma de la partícula

La forma o la morfología de las partículas también influyen en el envasado y las propiedades de flujo de la materia prima del polvo a granel. Se espera que las partículas esféricas se dispongan y envasen de manera más uniforme que las partículas irregulares. También se sabe que dicha forma facilita la fluidez del polvo y puede ayudar a garantizar capas más uniformes en los sistemas de capa de polvo. Asimismo, la forma influye de manera directa en la densidad del envasado de la capa de polvo y, posteriormente, en la densidad aparente del producto final. Las partículas con forma irregular a menudo se asocian con una densidad menor del componente final y puede dar lugar a un aumento de la porosidad.

Densidad

La densidad real es una propiedad inherente del material, mientras que la densidad aparente tiene en cuenta los espacios vacíos ocluidos dentro de un material. El conocimiento de la densidad real o aparente de la materia prima de un material ayuda a brindar información sobre la formación de la capa de polvo y la cinética de sinterización, además de la porosidad en el producto final.

Las propiedades físicas de las partículas y también la cantidad de aire disperso dentro de la capa influyen en la densidad a granel del polvo. La densidad a granel puede ser importante para establecer las especificaciones del material y complementa otras evaluaciones de la fluidez del polvo y la formación de la capa.

La densidad de la envoltura se basa en el volumen geométrico de una muestra y es útil para evaluar el producto final, ya que puede medir de manera precisa los volúmenes intrincados e irregulares. Cuando se combina con mediciones de densidad reales, la porosidad se puede determinar de manera rápida y sencilla.

Porosidad

En la fabricación de aditivos, la porosidad puede indicar la resistencia mecánica final y la calidad del componente terminado. Por lo general, la porosidad se controla para minimizar su efecto en las propiedades, la dureza y el acabado de la superficie del material. Sin embargo, la porosidad de hecho puede ser un parámetro diseñado para el producto final.

Por ejemplo, los implantes de hueso artificial deben coincidir con las porosidades del hueso circundante o es posible que la porosidad solo se especifique en el diseño para lograr productos livianos con la resistencia mecánica deseada.

La intrusión de mercurio es una técnica validada para cuantificar las características de porosidad de los polvos y del producto formado. Esta técnica se basa en la intrusión de mercurio en una estructura porosa bajo presiones controladas de manera estricta.

Además de ofrecer velocidad, precisión y una amplia gama de mediciones, la porosimetría por intrusión de mercurio permite que se evalúen diversas propiedades, como la distribución del tamaño de los poros, el volumen total de los poros, el área de superficie total de los poros, la mediana del diámetro de los poros, la densidad a granel y estructural y la porosidad porcentual.

Área de superficie

El área de superficie por masa de unidad de un polvo es de gran importancia. El área de superficie indica la cantidad de un material que está disponible para reaccionar con otras partículas componentes o el entorno circundante. Las partículas con superficies rugosas o porosidad interna por lo general exhibirán mayores áreas de superficie específicas. Por lo tanto, el área de superficie es una herramienta crítica al investigar la cinética del proceso de sinterización y las propiedades del producto final.

El área de superficie específica de un material en polvo se puede medir con adsorción de gases utilizando el método de BET ya consolidado. Para esta técnica (generalmente), el gas de nitrógeno se adsorbe físicamente a temperaturas criogénicas y la cantidad necesaria para formar una monocapa en la superficie se determina aplicando el método de BET a los datos del isoterma recopilados.

Flujo del polvo

Fabricar productos de un sustrato en polvo es una práctica consolidada en las industrias metalúrgicas y se continúa desarrollando en otras.

Ya sea mediante la sinterización de polvo densamente compactado en un molde o la fusión localizada capa por capa, el proceso será sensible a las propiedades del flujo y al comportamiento a granel de la materia prima. Las propiedades desfavorables del flujo pueden dar lugar a una densidad inconsistente y una estratificación no uniforme, acumulación, bloqueos y tiempo fuera de servicio, lo cual provoca baja productividad y mala calidad del producto.

Las técnicas tradicionales para cuantificar el flujo, como las mediciones de flujo de Hall y el ángulo de reposo a menudo se reconocen por ser demasiado insensibles para identificar diferencias sutiles entre los polvos que pueden afectar el rendimiento de una máquina de fabricación de aditivos.

La reología del polvo proporciona una evaluación integral y multivariada de las características dinámicas, a granel y de corte de materias primas que genera datos relevantes al proceso que se pueden utilizar para definir materiales aptos para un proceso que respalda la optimización de otro y la gestión del ciclo de vida de los polvos.

Estabilidad del entorno

Cuando se almacenan y manipulan materiales de materias primas, la exposición a cambios en temperatura, a la humedad y a otras condiciones ambientes pueden afectar el rendimiento de los materiales durante el proceso. Por lo tanto, es importante comprender el impacto de estos cambios y de la tolerancia del entorno del polvo/proceso. Esto se puede evaluar mediante la evaluación de polvos que han estado sujetos a cambios controlados de temperatura o humedad, a través de estudios programados que usan análisis termogravimétrico, calorimetría diferencial de barrido, adsorción de vapores dinámica o cromatografía inversa de gases.

Topografía de superficie

La topografía de superficie proporciona una evaluación visual y química de las propiedades de la textura de la superficie. La microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) se utiliza para estudiar una superficie a fin de ver microestructuras como vacíos en la superficie, fisuras/grietas y dislocaciones axiales. Por lo tanto, la SEM es un uso obvio en el análisis de falla de componentes.

La SEM también se puede utilizar para analizar los polvos de la materia prima utilizados en la fabricación de aditivos, por ejemplo, para detectar aglomeraciones, evaluar la rugosidad de la superficie y cuantificar la proporción de partículas esféricas a irregulares, todo lo cual impacta en la fluidez y la sinterización del polvo.