Měření měrné tepelné kapacity pro simulaci procesů SLS

Během procesu SLS (Selective Laser Sintering) mizí dříve roztavené vrstvy v loži prášku, které je obklopeno nespáleným práškem. Proto je obtížné měřit informace o teplotním poli ve spodních vrstvách. Proto bylo vynaloženo značné úsilí na modelování a simulaci procesu SLS. Dvě veličiny, které jsou pro to zásadní, jsou měrná tepelná kapacita (_{Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp}) a tepelná vodivost (k) v závislosti na teplotě. Když se přidávají plniva, nemění se pouze rychlost KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace, ale vyžadují také vyšší teplotu stavění kvůli změně _{Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp} a k.

Jak určit měrnou tepelnou kapacitu

Ke stanovení měrné tepelné kapacity v závislosti na teplotě různých materiálů se používá diferenční skenovací kalorimetrie (DSC ). Tepelná kapacita je definována jako množství tepla potřebného ke zvýšení teploty 1 g látky o 1 °C při zachování konstantního tlaku p. Je popsána rovnicí vedení tepla:

V souladu s normou DIN EN ISO 11357-4 (a ASTM E1269) se vzorek měří ve vztahu k druhému (referenčnímu) vzorku se známou tepelnou kapacitou. Typickým referenčním vzorkem je safír. Proto se jeden experiment skládá ze tří různých běhů v zájmovém teplotním rozsahu. První je skenování se dvěma prázdnými pánvemi (základní linie), druhý skenování s jednou pánví obsahující safírový vzorek (referenční vzorek) a konečně třetí běh se skutečným vzorkem (vzorek) ve stejném typu pánve.

_Cp jako funkci teploty vzorku lze vypočítat takto:

Provádění měření _cp na práškových vzorcích polymerů SLS

V tomto příkladu polymerního prášku, konkrétně PA12, bylo měření provedeno podle normy pomocí přístroje NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^®. Po počátečním ochlazení na -25 °C byla teplota zvýšena na 215 °C při rychlosti 10 K/min. Byly změřeny dva různé vzorky a vypočten průměr. Všechny podmínky měření jsou shrnuty v následující tabulce:

Tabulka 1: Podmínky měření

Analýza v NETZSCH Proteus^® softwaru je znázorněna na obrázku 1. Zobrazuje "zdánlivou" měrnou tepelnou kapacitu, překrytou vrcholem tání a skelným přechodem.

Z této křivky lze snadno odvodit údaje o _{Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp}. V teplotním rozmezí 90-190 °C se však vliv rostoucího _{Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp} a EndotermickéPřechod vzorku nebo reakce je endotermická, pokud je k přeměně zapotřebí tepla.endotermického účinku tání navzájem vylučují. Proto se hodnoty v oblasti tání obvykle interpolují. V případě zde uvedeného PA12 by se interpolace provedla mezi 90 °C (2,348 J/gK) a 200 °C (2,7 J/gK), které jsou vyznačeny v grafu. Tyto hodnoty lze následně exportovat pro následné použití v materiálových a procesních simulacích, např. pro teplotní složení a tuhnutí v procesu SLS. Dalším využitím těchto údajů je výpočet tepelné vodivosti z údajů o tepelné difuzivitě a hustotě.