Измерване на специфичния топлинен капацитет за симулиране на процесите на SLS

По време на процеса SLS (селективно лазерно синтероване) разтопените преди това слоеве изчезват в праховото легло, заобиколени от неспечен прах. Поради това е трудно да се измери информация за температурното поле в долните слоеве. Поради това са положени значителни усилия за моделиране и симулиране на процеса SLS. Две величини, които са от съществено значение за това, са специфичният топлинен капацитет (_{Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp}) и коефициентът на топлопроводност (k) като функция на температурата. Когато се добавят пълнители, те не само променят скоростта на кристализация, но и изискват по-висока температура на изграждане поради промяната на _{Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp} и k.

Как се определя специфичният топлинен капацитет

За определяне на специфичния топлинен капацитет в зависимост от температурата на различни материали се използва диференциална сканираща калориметрия (ДСК). Топлинният капацитет се определя като количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 g вещество с 1 °C при постоянно налягане p. Той се описва с уравнението за топлопроводност:

В съответствие с DIN EN ISO 11357-4 (и ASTM E1269) пробата се измерва спрямо втора (референтна) проба с известен топлинен капацитет. Типичен референтен образец е сапфирът. Следователно един експеримент се състои от три различни серии в интересуващия ни температурен диапазон. Първият е сканиране с два празни тигана (базова линия), вторият - сканиране с един тиган, съдържащ сапфирена проба (референтен), и накрая третият опит с действителната проба (образец) в същия тип тиган.

_Cp като функция на температурата на пробата може да се изчисли по следния начин:

Извършване на измервания на _cp върху прахови проби от полимери SLS

В този пример за полимерен прах, по-конкретно PA12, измерванията са извършени в съответствие със стандарта с помощта на NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^®. След първоначална стъпка на охлаждане до -25°C, температурата е увеличена до 215°C с 10 K/min. Бяха измерени два различни образеца и беше изчислена средната стойност. Всички условия на измерване са обобщени в следната таблица:

Таблица 1: Условия на измерване

Анализът в NETZSCH Proteus^® софтуер е показан на фигура 1. Той показва "видимия" специфичен топлинен капацитет, наложен от пика на топене и стъклопрехода.

Данните за _{Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp} могат лесно да бъдат изведени от тази крива. Въпреки това в температурния диапазон между 90-190 °C ефектът на нарастващото _{Специфичен топлинен капацитет (cp)Топлинният капацитет е физична величина, специфична за материала, която се определя от количеството топлина, подадено на образеца, разделено на полученото увеличение на температурата. Специфичният топлинен капацитет се отнася за единица маса на образеца.cp} и ендотермичният ефект на топенето се противопоставят един на друг. Затова стойностите в диапазона на топене обикновено се интерполират. В случая с PA12, показан тук, интерполацията ще се извърши между 90°C (2,348 J/gK) и 200°C (2,7 J/gK), които са посочени на графиката. След това стойностите могат да бъдат експортирани за последващо използване в симулации на материали и процеси, например за подаване на температура и втвърдяване в процеса SLS. Друго приложение на данните е изчисляването на коефициента на топлопроводност от данните за топлинната дифузия и плътността.