Måling af specifik varmekapacitet til simulering af SLS-processer

Under SLS-processen (Selective Laser Sintering) forsvinder de tidligere smeltede lag ned i pulversengen omgivet af usintret pulver. Derfor er det svært at måle oplysninger om temperaturfeltet i de nederste lag. Derfor er der gjort en stor indsats for at modellere og simulere SLS-processen. To størrelser, der er afgørende for dette, er den specifikke varmekapacitet (_{Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp}) og varmeledningsevnen (k) som en funktion af temperaturen. Når der tilsættes fyldstoffer, ændrer de ikke kun krystalliseringshastigheden, men kræver også en højere byggetemperatur på grund af ændringen i _{Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp} og k.

Sådan bestemmes den specifikke varmekapacitet

For at bestemme den specifikke varmekapacitet som en funktion af temperaturen i forskellige materialer anvendes differentiel scanningskalorimetri (DSC). Varmekapaciteten defineres som den mængde varme, der er nødvendig for at hæve temperaturen på 1 g stof med 1 °C, mens trykket p holdes konstant. Den beskrives ved hjælp af varmeledningsligningen:

I overensstemmelse med DIN EN ISO 11357-4 (og ASTM E1269) måles prøven i forhold til en anden (reference)prøve med kendt varmekapacitet. En typisk referenceprøve ville være safir. Derfor består et eksperiment af tre forskellige kørsler i det pågældende temperaturområde. Den første er en scanning med to tomme pander (baseline), den anden en scanning med en pande, der indeholder safirprøven (reference), og endelig den tredje kørsel med den faktiske prøve (prøve) i samme type pande.

_Cp som funktion af prøvens temperatur kan beregnes på følgende måde:

Udførelse af _cp-målinger på SLS-polymerpulverprøver

I dette eksempel med et polymerpulver, nærmere bestemt PA12, blev målingerne udført med en NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® i overensstemmelse med standarden. Efter et indledende afkølingstrin til -25 °C blev temperaturen øget til 215 °C med 10 K/min. To forskellige prøver blev målt, og gennemsnittet blev beregnet. Alle målebetingelser er opsummeret i følgende tabel:

Tabel 1: Målebetingelser

Analysen i softwaren NETZSCH Proteus^® software er vist i figur 1. Den viser den "tilsyneladende" specifikke varmekapacitet, overlejret af smeltetoppen og glasovergangen.

_Cp-dataene kan let udledes af denne kurve. Men i temperaturområdet mellem 90-190 °C modarbejder effekten af den stigende _{Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp} og den endoterme effekt af 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 hinanden. Derfor er værdierne i smelteområdet typisk interpolerede. I tilfældet med PA12, som er vist her, vil interpolationen blive udført mellem 90 °C (2,348 J/gK) og 200 °C (2,7 J/gK), som er angivet i grafen. Værdierne kan derefter eksporteres til efterfølgende brug i materiale- og processimuleringer, f.eks. til temperaturfiltrering og størkning i SLS-processen. En anden anvendelse af dataene er beregning af varmeledningsevnen ud fra data om Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet og densitet.