كيفية تحضير أجزاء SLS لقياسات التحليل الحراري: LFA

لماذا يجب تقييم الخواص الفيزيائية الحرارية في اتجاهات مختلفة

أظهر العديد من الباحثين أن اتجاه البناء للعينات في حجم البناء له تأثير على الخواص الميكانيكية لأجزاء التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS). يشير اتجاه البناء إلى موضع الجزء فيما يتعلق بمستوى تطبيق المسحوق (xy) وحركة منصة البناء (z)، الشكل 1.

وبعبارات عامة جدًا، يمكن القول أن الأجزاء التي يكون فيها اتجاه اختبار العينة موازيًا للمستوى السيني للبناء (كما هو موضح في الشكل 1) أقوى من الأجزاء التي يكون فيها اتجاه الاختبار عموديًا على المستوى السيني للبناء (أو موازيًا للمستوى الزي).

وبسبب هذه الاتجاهية للخواص الميكانيكية، من الأفضل أيضًا تقييم الخصائص الأخرى المختلفة في اتجاهات مختلفة؛ خاصةً عند استخدام مواد مالئة إضافية لتعزيز الخصائص. إحدى هذه الخواص هي الموصلية الحرارية (k). بالنسبة لأجزاء SLS ذات معدلات نقل الحرارة المتزايدة للإدارة الحرارية، يجب أيضًا تحديدها كدالة للاتجاهات المختلفة باستخدام تحليل وميض الليزر (LFA).

إضافة مواد مالئة إلى مسحوق SLS

تمامًا كما هو الحال في معالجة البوليمر النموذجية، فإن إضافة مواد الحشو هي خيار. ومع ذلك، هناك اختلاف واحد كبير. يجب أن يكون حجم الحشو صغيرًا جدًا - على نفس مقياس المساحيق - لتمكين طبقة موحدة أثناء الطلاء. في حالة مساحيق PA12، سيكون طولها حوالي 60 ميكرومتر.

بالنسبة للألياف كمواد مالئة، يوجد حاليًا خياران متاحان. أحدهما المسحوق الذي يحتوي على الألياف المدمجة بالفعل في الجسيمات والآخر هو الخلط الجاف للألياف والمسحوق. يتطلب الخيار الأول أو ينتج عنه ألياف أقصر من 60 ميكرومتر، ولكن الاتجاه يكون عشوائيًا داخل طبقة المسحوق. ومع ذلك، ينتج عن الخلط الجاف اتجاه تفضيلي للألياف في اتجاه تطبيق المسحوق (يُشار إليه عادةً بالاتجاه السيني). ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا بالنسبة لمواد الحشو الأخرى: على سبيل المثال، الرقائق بالمقارنة مع الكرات (انظر الشكل 2 أدناه).

عندما تكون الرقائق موجهة في الغالب في المستوى xy، يتم توزيع الكرات كمواد مالئة متساوية الخواص بالتساوي داخل الطبقة. ولذلك، يجب توخي عناية خاصة أثناء تحضير العينات للتمكن من اكتشاف أي تأثيرات ناتجة عن التوجيه أثناء طلاء المسحوق.

كيفية تحضير أجزاء SLS لتحليل الوميض بالليزر

تُستخدم طريقة الليزر أو الوميض الضوئي لقياس الانتشار الحراري لمجموعة متنوعة من المواد المختلفة. يتم تسخين السطح الأمامي لعينة موازية مستوية بواسطة نبضة ضوئية ويتم تسجيل ارتفاع درجة الحرارة الناتج عند الوجه الخلفي للعينة كدالة للزمن. كلما زادت الانتشارية الحرارية، زادت سرعة ارتفاع درجة الحرارة التي تصل إلى الوجه الخلفي.

في شركة NETZSCH للتحليل والاختبار، تم قطع العينات على ماكينة طحن باستخدام قاطع طحن جانبي من عينات عظم الكلب في ثلاثة اتجاهات مختلفة للسماح بتحليل عملية الطلاء على اتجاه الحشو، الشكل 1. في حالة استخدام وسيط تبريد أثناء القطع، يجب تنظيف العينات.

يمكن قياس العينات في الاتجاه z كما هو الحال في حامل العينة القياسي، في حين أن العينات في الاتجاه x و y يجب قطعها في شرائح أصغر، وقلبها وقياسها في الترتيب الجديد في حامل عينة الصفائح، الشكل 3.

للتأكد من أن جميع الشرائط مستوية ولا توجد فجوات، تتم إزالة النتوءات حول حواف العينة بورق الصنفرة. نظرًا لأن العينات في الاتجاهين x و y تتكون من شرائط فردية، فقد تم تصميم حامل عينة الصفائح لتثبيت الشرائط في موضعها، الشكل 4.

يسمح حامل العينة المحدد هذا بقياس عينة واحدة معينة في اتجاهين مختلفين على الأقل. على سبيل المثال، يمكن للمرء قياس العينة في الاتجاه z، ثم تقطيعها إلى شرائح وقياسها في اتجاه آخر. ومع ذلك، فإن السبب الأكثر شيوعًا هو أنه لا يمكن تحضير العينات إلا بأبعاد محددة، وهو ما يحدث غالبًا مع عينات عظم الكلب أو غيرها من الأجزاء الرقيقة الشبيهة بالصفائح. في هذه الحالات، يكون حامل عينة الصفائح هو الخيار الوحيد.

وهكذا، يشير الاتجاه x-الاتجاه إلى القياس في اتجاه عملية الطلاء من اليسار إلى اليمين أو العكس؛ و y في نفس المستوى x-y، ولكن في الاتجاه العمودي على الطلاء من الأمام إلى الخلف والعكس؛ و z هو اتجاه سُمك الطبقة.

وبالتالي، فإن أبعاد العينات في الاتجاه x و y هي 12.6×12.6×2 ^مم3 وفي الاتجاه z 12.6×12.6×4 ^مم3 (فقط العينة الأنيقة PA12 ذات الانتشار الحراري المنخفض وبالتالي مدة القياس الطويلة جدًا بسماكة 4 مم التي تم طحن العينة إلى سماكة 2.4 مم).

خطوات التحضير التالية ضرورية لجميع العينات التي يمكن أن يكون لملمس السطح أو درجة شفافيته تأثير على انعكاس شعاع الليزر.

يتميز سطح عينات SLS بنسيج خشن مقارنةً بأجزاء القولبة بالحقن بسبب المادة الخام للمسحوق والعملية. نظرًا لأن تحليل وميض الليزر هو طريقة بصرية تحتاج إلى التخلص من الانعكاس، يتم طلاء العينات بطبقة رقيقة من الجرافيت الذي يتميز بامتصاصية عالية لنبض الطاقة الخاص بتحليل وميض الليزر. اقرأ المزيد عن الطريقة المثالية لطلاء العينات في AN0066.

يمكن بعد ذلك تحميل العينات المحضرة بهذه الطريقة في حاملات العينات هذه في جهاز LFA واختبارها. يتم شرح إجراء القياس والنتائج في هذه المقالة!