Estimering af restspændinger i SLS-emner ved hjælp af DMA

Derfor skal deres dimensionelle nøjagtighed være høj for at passe godt ind i større samlinger i løbet af deres levetid. Når de anvendes ved høje temperaturer, kan eventuelle restspændinger være skadelige for delens ydeevne. For bedre at kunne forstå restspændinger er der brug for viden om et materiales modul.

Modulet for materialer, herunder polymerer, måles typisk i statiske mekaniske tests, hvor StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress-tøjningsadfærden under en træktest plottes, og Youngs modul beregnes som kurvens hældning mellem 0,05...0,25 % tøjning. Det kan bruges til kvalitetssikring, materialeudvikling og -optimering samt visse dimensioneringsopgaver. Den kan dog ikke bruges til komponentdesign og simulering.

Til dette er det vigtigt at få tids- og temperaturafhængige data, der forudsiger materialets opførsel i løbet af levetiden ved realistiske belastningsforhold. Den valgte metode er dynamisk-mekanisk analyse (DMA), som gør det muligt at udsætte prøven for en sinusformet StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning og registrere materialets viskoelastiske respons. Ved at variere målingens temperatur og frekvens kan temperatur- og tidsafhængigheden også analyseres.

En temperaturafhængig DMA-måling er nødvendig for at forstå SLS-delens egenskabsudvikling under printning og især krympning og krumning. Under den konstante cyklus med pulverlakering og lasersmeltning ændrer temperaturen sig konstant i emnet, og der dannes en temperaturgradient fra bunden af emnet til toppen. Det kan forårsage vridning, hvilket er forklaret i dette tidligere indlæg om termisk udvidelse.

Sådan bestemmes restspændinger ved hjælp af DMA

For at opnå de temperaturafhængige modulusdata blev hundeknogleprøver printet på Institute of Polymer Technology (LKT) på universitetet i Erlangen-Nürnberg med PA12-pulver ved hjælp af standardparametre på 0,4 ^J/mm3. Derefter blev prøverne forberedt på NETZSCH Analyzing & Testing ved at skære de midterste stykker af disse hundeknogler til 50 mm længde, hvilket resulterer i bjælker med dimensionerne 50 mm x 10 mm x 4,5 mm. Selv om overfladen viser den typiske ruhed for SLS-emner, blev der ikke valgt nogen yderligere overfladebehandling, fordi overfladerne var planparallelle.

Prøverne blev derefter lagt i det 40 mm brede bøjningsfikstur på NETZSCH DMA 242 E Artemis. Efter et indledende afkølings- og ligevægtstrin blev prøverne opvarmet fra -50 °C til 180 °C ved 2 K/min, hvilket er lige under materialets Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur. Alle målebetingelser er opsummeret i følgende tabel:

Tabel 1: Målebetingelser

Den elastiske reaktion er vigtigst

Figur 2 viser måleresultaterne for lagringsmodul E', ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul E" samt dæmpningsfaktoren tand. De viser den typiske opførsel for et semikrystallinsk termoplastisk materiale. Lagringsmodulet udviser et fald ved overgangstemperaturerne, glasovergang og Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning, og tabsmodulet og tand viser et maksimum. Den faktor, der bruges til analysen, vælges ud fra den effekt, der er mest interessant. For at forstå svind og opbygning af restspændinger er den elastiske respons (E') den vigtigste og vil blive analyseret her.

Med stigende temperatur falder lagringsmodulet kontinuerligt. Værdien af E' ved stuetemperatur er 1438 MPa. Databladet for den målte prøve viser typisk andre værdier (her: 1650 MPa), fordi Youngs modul måles i træk. Under en DMA-måling i bøjningstilstand virker både tryk- og trækbelastningen på prøven, især når man måler tykkere prøver. Begyndelsen af glasovergangen blev bestemt til at være 27 °C. Efter faldet i modulus falder værdierne yderligere fra 500 MPa til 114 MPa ved smeltningens begyndelse (167 °C).

Mens værdien af lagringsmodulet E' lige under Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning er meget vigtig for en vellykket printproces, er hele forløbet vigtigt under afkølingsfasen. På grund af den store ændring i modulus ved glasovergangen skal afkølingsprocessen være meget langsom (> 12 timer for hele konstruktionen) for at reducere eller eliminere skævvridning og opbygning af restspænding i denne fase. Forståelse af denne adfærd kan hjælpe med at optimere processen og potentielt fremskynde dette tidskrævende procestrin.

Om Institut for Polymerteknologi (LKT)

Instituttet for Polymerteknologi er et akademisk forskningsinstitut ved Friedrich-Alexander Universitetet i Erlangen-Nürnberg. Det er et af de førende inden for forskning i additiv fremstilling, især SLS. Andre vigtige forskningsområder omfatter letvægtsdesign og FRP, materialer og forarbejdning, sammenføjningsteknologi og tribologi. Ud over disse forskningsområder arbejder instituttet også med tværfaglige emner som f.eks. blanding af fyldmaterialer, simulering af forarbejdning og anvendelser, strålingskrydsbundet termoplast, skånsom forarbejdning og mange flere.