كيف تؤثر الحشوات على سلوك التبلور لمساحيق SLS

يمكن أن يكون أحد المتطلبات ليونة أعلى (على سبيل المثال، PA11)، ويمكن أن يكون أحد المتطلبات الأخرى ثباتًا أفضل في الأبعاد (على سبيل المثال، إضافة حبات زجاجية)، أو توصيل كهربائي أو حراري أعلى (على سبيل المثال، مواد مالئة مثل الألومنيوم أو النحاس) أو زيادة الصلابة والقوة (على سبيل المثال، إضافة ألياف زجاجية أو كربونية).

تعمل الحشوات كمواقع تنوي

وعادةً ما يكون لإضافة أي حشو إلى مسحوق SLS تأثير على سلوك التبلور حيث تعمل أسطح الحشوات كمواقع تنوي غير متجانسة. يمكن أن تؤثر الحشوات الموصلة أيضًا على درجة حرارة المادة وبالتالي تظهر سلوكًا متغيرًا إضافيًا.يمكن أن توفر قياسات المسح الضوئي التفاضلي الديناميكي (DSC) مؤشرًا أوليًا للسلوك المتغير، والذي يمكن بعد ذلك تحليله بشكل أكبر من خلال قياسات متساوية الحرارة عند درجة حرارة البناء أو قريبة منها.

إضافة حشوات النحاس الموصلة

لفهم تأثير الحشوات الموصلة للحرارة، قام باحثون في معهد تكنولوجيا البوليمر (LKT) في جامعة إرلانجن-نورمبرج بتجربة حشوات النحاس [1]. واستخدموا خلائط مختلفة من كريات النحاس والرقائق النحاسية (الشكل 1) بمحتويات متفاوتة وحللوا سلوك المعالجة وكذلك الخصائص الموصلة الناتجة بهدف توليد مكونات معقدة للإدارة الحرارية. تم تحضير مجموعة متنوعة من العينات عن طريق إضافة كريات نحاسية بنسبة 5 و10% من الكريات النحاسية ورقائق النحاس بنسبة 5% من الكريات النحاسية إلى مسحوق PA12. تم الاحتفاظ بكثافة الطاقة البالغة 0.043 ^جول/مم2 ثابتة لجميع المواد لاكتشاف أي تغييرات في سلوك العملية بسبب الحشوات.

تحديد نافذة المعالجة وسلوك التبلور لمسحوق PA12 مع جزيئات النحاس

في مركز NETZSCH للتحليل والاختبار، تم استخدام جهاز DSC 214 Polyma لتحليل نافذة المعالجة وسلوك التبلور لهذه الخلائط المختلفة من مسحوق PA12 مع جزيئات النحاس مقارنةً بمادة PA12 الأنيقة.

بالنسبة لكل قياس، قُطعت عينة من 5 مجم ووضعت في وعاء من الألومنيوم بقاع مقعر(Concavus^® Al) وغطاء مغلق. تم تبريد العينة من درجة حرارة الغرفة لبدء القياس عند درجة حرارة -20 درجة مئوية. ثم تم تسخينها إلى 200 درجة مئوية بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة وتبريدها بنفس معدل التبريد 10 كلفن/دقيقة إلى -20 درجة مئوية.

يلخص الجدول التالي شروط القياس.

الجدول 1: شروط القياس

تمت مناقشة نتائج PA12 الأنيق بالتفصيل في هذه التدوينة السابقة!

التغييرات في سلوك التبلور

في الشكل 2، تظهر نتائج التسخين والتبريد^الأول لجميع العينات الأربع. وكما يمكن أن نرى، لا تتأثر ذروة درجة حرارة الذوبان بإضافة الحشوات (يرتبط الاختلاف في المساحة بمحتويات الحشو المتفاوتة ولم يتم تطبيعها في هذا الرسم البياني).

ومع ذلك، يمكن ملاحظة أن درجة حرارة التبلور القصوى وكذلك بداية التبلور تنتقل إلى درجات حرارة أعلى مع زيادة محتوى الحشو.

وتنتقل درجة الحرارة القصوى من 145.8 درجة مئوية للمادة الأنيقة إلى 149.1 درجة مئوية للحشوات النحاسية بنسبة 5 فولت و151.3 درجة مئوية ل 10 فولت على التوالي.

ويمكن استنتاج أن الحشوات تعمل كمواقع تنوي وتسريع التبلور. وهذا يؤدي إلى انخفاض طفيف في نافذة المعالجة ويجب أن يؤخذ في الاعتبار أثناء اختيار ظروف المعالجة.

وقد لوحظ تأثير مماثل من قبل WILO SE، وهي شركة WILO SE، وهي مزود متميز للمضخات وأنظمة المضخات، للألياف الزجاجية والكربونية. اقرأ دراسة الحالة هنا!

الحصول على فهم أفضل لسلوك التبلور

يمكن أن تكون الدراسات الإضافية لسلوك التبلور المتساوي الحرارة مفيدة لفهم هذا السلوك بشكل أفضل. يرد هنا وصف تفصيلي لإجراء القياس لمسحوق PA12 غير المملوء.

قام الباحثون في LKT بإجراء هذه الدراسات الإضافية المتساوية الحرارة عند درجة حرارة 165 درجة مئوية على العينات المملوءة بالنحاس، ووجدوا أن نصف زمن التبلور يقل بسبب إضافة مواد الحشو، مما يؤكد تأثير التنوي. يمكن الاطلاع على الدراسة بأكملها هنا [Open Access]!

نبذة عن معهد تكنولوجيا البوليمرات (LKT)

معهد تكنولوجيا البوليمرات هو معهد أبحاث أكاديمي في جامعة فريدريش ألكسندر في إرلانجن-نورمبرج. وهو أحد الرواد في مجال أبحاث التصنيع المضاف؛ خاصةً SLS. تشمل مجالات البحث الرئيسية الأخرى التصميم خفيف الوزن والبلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية والمواد والمعالجة وتكنولوجيا الالتحام وعلم الترايبولوجي. بالإضافة إلى هذه المجالات البحثية، يعمل المعهد أيضاً على موضوعات متعددة التخصصات مثل تركيب مواد الحشو ومحاكاة المعالجة والتطبيقات واللدائن الحرارية المتقاطعة بالإشعاع والمعالجة اللطيفة وغيرها الكثير.

المصادر

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., Selective Laser Sintering of Copper Filled Polyamide 12: Characterization of Powder Properties and Processior, Polymer Composites, pp. 1801-1809, 2019.