In powder processing, analytical data is a primary driver of progress towards better products and more efficient manufacturing practice. Instruments that deliver novel, unique and relevant information enable an enhanced understanding of powder behaviour making it possible to solve problems that are otherwise intractable, potentially transforming profitability. For nearly twenty years, we’ve learned about some of the most demanding powder processing challenges and how the FT4 Powder Rheometer has facilitated their solution. This whitepaper summarises some of the key reasons that most often justify an investment in an FT4 Powder Rheometer, highlighting the rewards made accessible by the data the instrument generates.
Introducing the FT4 Powder Rheometer
The FT4 Powder Rheometer was designed for comprehensive powder characterisation, as a tool for solving powder processing issues. It differs from other powder testers in many ways but when assessing industrial value, three features are critical:
- La capacidad de simular las condiciones de procesamiento del polvo, probando muestras en estado consolidado, moderadamente estresado, aireado o fluidificado.
- La aplicación de la caracterización multifacética del polvo para evaluar el flujo dinámico, el volumen y las propiedades de cizallamiento con el fin de construir la comprensión más completa de cómo se comporta un polvo.
- Sensibilidad sin igual, que permite diferenciar polvos que otros comprobadores clasifican como idénticos.
To find out more information about how the FT4 Powder Rheometer works then please visit the Freeman Technology website.
Fabricar un producto de calidad
Unas especificaciones precisas y bien definidas, combinadas con un control de calidad (CC) altamente fiable, sientan las bases del liderazgo en el mercado.
Manufacturers rely on the FT4 Powder Rheometer to determine which powder properties dictate optimal performance in an application, defining a specification to ensure excellence. By using the FT4 for product QC they also ensure exemplary consistency, with the high sensitivity of the instrument able to detect the subtlest deviation from that specification.
La fluidez de un polvo suele definir su rendimiento, pero las diversas aplicaciones someten a los polvos a condiciones muy diferentes. Por ejemplo, los polvos pueden fluidificarse en reactores catalíticos o inhaladores de polvo seco, compactarse en gránulos, pellets o comprimidos, o extruirse. Por lo general, el objetivo es lograr un flujo constante y controlado con precisión en condiciones de baja tensión, a través de una planta de fabricación continua, a lo largo de la plataforma de construcción en una máquina de fabricación aditiva, en una matriz intrincada o con otro polvo en una mezcladora.
It is the unique ability of the FT4 to measure flowability across the diverse stress conditions encountered in everyday processing that makes it possible to develop an optimal, relevant specification for every product, regardless of application. Well-defined measurement protocols, and a high degree of automation, ease the analytical workload associated with achieving exemplary QC to maintain that specification
Acelerar la I+D
La caracterización exhaustiva y polifacética del comportamiento de las materias primas y los productos constituye una base segura para un progreso rápido y basado en el conocimiento.
Researchers use the FT4 Powder Rheometer to develop the understanding required to make faster progress, by measuring the impact of variables that are otherwise inaccessible in order to rationalise complex behaviours. Learning how to control powder behaviour by manipulating physical properties such as particle size and shape, surface texture, and/or surface energy can transform the effectiveness of a research programme. Major commercial gains include abbreviated pilot trials, and the substantial prize of more rapid commercialisation.
Consideremos el desarrollo de un recubrimiento en polvo para una aplicación en lecho fluidizado. La respuesta del polvo a la introducción de aire será crítica, por lo que el comportamiento en un estado dinámico de baja tensión y la capacidad de fluidificación serán probablemente muy importantes. Estos comportamientos no pueden predecirse a partir de las propiedades primarias de las partículas, por lo que los investigadores tienen dos opciones. Un enfoque de "ensayo y error" implica el ajuste progresivo de los constituyentes y la cuantificación repetida del rendimiento en un equipo a escala piloto. La alternativa consiste en identificar las propiedades del polvo a granel que definen el comportamiento deseable y poner en marcha un programa de investigación dirigido a ellas. Esto sólo es posible si las propiedades a granel medidas cuantifican de forma fiable cómo fluye el polvo en condiciones dinámicas de baja tensión y su capacidad para fluidificarse, es decir, cómo se comportará el polvo en el proceso. Una vez establecidos estos parámetros, se pueden especificar o modificar propiedades como el tamaño de las partículas y la morfología para producir polvos con las propiedades a granel requeridas: un enfoque eficaz y basado en el conocimiento.
Because FT4 measurements are sensitive to the most minor of physical changes, even subtle changes in raw materials and products can be detected and rationalised. Furthermore, the ability of the FT4 to provide comprehensive multi-faceted characterisation – via dynamic, shear and bulk powder testing – makes it relevant to the broadest range of processes and products. In combination these advantages make the FT4 a significantly more powerful research tool than other powder testers.
Resolver problemas de procesamiento
Entender por qué un polvo no funciona de forma óptima es el primer paso para ponerle remedio.
Process engineers use the FT4 Powder Rheometer to collect the information required for successful root cause analysis of powder processing issues, and to determine the most effective solution. Powders have a reputation for erratic and unpredictable performance, largely because it is easy to underestimate or entirely miss the significance of a process or material change. Measuring flow behaviour with high sensitivity, in combination with complementary powder properties, often identifies the source of a problem.
Consideremos una tolva que presenta una descarga errática, pero sólo cuando se utiliza con una materia prima y no con otra. El análisis de los dos polvos indica que las propiedades de flujo del material problemático cambian de forma más marcada tras la consolidación. Por tanto, este polvo será más sensible a los procedimientos de llenado, más propenso a mostrar un flujo comprometido como resultado de la consolidación bajo su propio peso. Por lo tanto, una posible solución podría ser aplicar la práctica de mantener un nivel de tolva reducido y un llenado más frecuente cuando se trabaje con este material.
La fluidez también está asociada, quizás de forma menos obvia, a una amplia gama de problemas de procesado. Unas propiedades de fluidez deficientes pueden comprometer la homogeneidad de las mezclas, por ejemplo, o la resistencia mecánica de los comprimidos y pellets, debido a un llenado inadecuado de la matriz y a una compactación ineficaz.
In trouble-shooting, the ability of the FT4 to quantify flowability alongside other powder properties, with unparalleled sensitivity, maximises its value, with the resulting data providing the understanding needed to develop an optimal solution.
Seleccionar el mejor equipo
La compatibilidad entre el entorno de procesamiento y las propiedades inherentes del polvo es la clave para un funcionamiento duradero y sin problemas.
Equipment suppliers use the FT4 Powder Rheometer to define the properties of powders that will perform well in a certain piece of equipment and to specify equipment for powders with given properties. By measuring the properties of each new powder encountered, they can develop an extensive database of materials. Correlating these properties with observed in-process performance identifies the properties of powders that are compatible with each unit. Over time this enables the efficient selection of “right first time” processing solutions which has obvious cost benefits.
Los polvos no son intrínsecamente "buenos" o "malos", sino que son compatibles, o no, con un entorno de procesamiento específico. El polvo ideal para una aplicación puede ser el peor escenario posible para otra. Combinar los polvos con los equipos para los que son intrínsecamente adecuados sienta una base firme para una fabricación duradera y altamente fiable.
The ability of the FT4 to provide comprehensive, multi-parameter powder characterisation translates directly into a more extensive database, maximising the opportunity to build robust correlations for all types of processing equipment. High sensitivity makes it possible to detect minor differences between the suitability of different solutions ensuring that the most appropriate equipment is selected in each case
Optimizar el suministro de materias primas
Para cambiar con confianza a un proveedor más fiable o de menor coste es preciso poder determinar si una nueva materia prima dará buenos resultados, antes de introducirla en la planta.
Powder processors use the FT4 Powder Rheometer to develop secure specifications that robustly differentiate a poorly performing raw material from one that makes the grade. This makes it possible to select a cost effective, reliable supplier while at the same time safeguarding plant performance.
Descubrir que una nueva materia prima funciona mal en el proceso, a pesar de cumplir las especificaciones, es sorprendentemente frecuente en el procesado de polvos. Una respuesta natural puede ser reducir el riesgo quedándose con un suministro conocido, pero esto puede tener un efecto adverso en los costes de producción. El uso de técnicas limitadas de ensayo de polvo suele ser la causa del problema, ya que pueden generar especificaciones imprecisas o poco sólidas. Muchas técnicas tradicionales miden una sola propiedad del polvo, a menudo con escasa reproducibilidad. Por tanto, es muy posible que una nueva materia prima cumpla la especificación generada pero falle en el proceso debido a diferencias que la medición no detecta por completo o no cuantifica con suficiente precisión.
The advantages of the FT4 in this area therefore closely mirror its benefits for QC. Because it can simulate the conditions in the process, the FT4 can provide more relevant and comprehensive data allowing a robust specification for a range of processes to be defined. Furthermore, the high sensitivity of the instrument makes it possible to reliably identify batches that fail to meet the specification, even if only by a small margin.
En resumen
The FT4 Powder Rheometer was conceived specifically as a dedicated, universal powder tester to enable powder processors to generate data to help solve industrial problems. This paper highlights some key areas where experience has shown it routinely proves most valuable. Industrialists invest in an FT4 as they know it will help them resolve challenges more effectively than any other tester. Experience also shows that the resulting returns far exceed the original investment.
Recursos para procesadores de polvo
En el sitio web de Freeman Technology hay disponible un gran número de recursos educativos para todos los manipuladores de polvo, incluidos los siguientes libros electrónicos:
- Introducción a los polvos
- Elegir un medidor de polvo
- El valor de las pruebas con polvo
Disponible en www.freemantech.co.uk/_ebook/
