18.01.2021 by Dennis Glinski, Wilo SE, Dr. Natalie Rudolph
Wilo: Bedre ydeevne med fiberforstærkede 3D-printede komponenter
Wilo SE er en verdensomspændende producent af pumper og pumpesystemer til bygge- og anlægssektoren, hele vandforsyningskæden og industrien. Det kommer ikke som nogen overraskelse, at Wilo arbejder med banebrydende teknologier som Additive Manufacturing. Lær, hvordan de bruger NETZSCH DSC 214 Polyma til at forstå den termiske opførsel af nye materialevalg.
Wilo SE er en verdensomspændende producent af pumper og pumpesystemer til bygge- og anlægssektoren, hele vandforsyningskæden og industrien. De har en lang historie med succesfulde innovationer baseret på deres stærke vidensgrundlag og fornemmelse for fremtidig teknologi og markedskrav. Det kræver et stærkt fokus på forskning og udvikling samt det bedste udstyr til at få arbejdet gjort.
Det kommer ikke som nogen overraskelse, at Wilo arbejder med banebrydende teknologier som Additive Manufacturing, også kaldet 3D-print, for at udvikle morgendagens produkter. I et projekt bruger de Selective Laser Sintering (SLS), som er kendt for at producere strukturelle polymerdele af høj kvalitet med komplekse geometrier, indvendige strukturer og tynde vægge. Værktøjsfri produktion uden tab af materiale, afkortning af udviklingsprocesser samt mekaniske egenskaber, der kan sammenlignes med sprøjtestøbte dele, gør SLS til et passende alternativ til mange arbejdsemner og endda hele samlinger. Desuden er nogle hule geometrier faktisk kun mulige med en pulverbaseret additiv fremstillingsproces.
SLS-processen bruger en laser til lokalt at smelte small partikler af polymerpulver for at danne et homogent lag, og dette gentages lag for lag, indtil hele delen er smeltet. Det omgivende byggekammer holder materialet ved forhøjede temperaturer for at forhindre KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystallisationsvarme.krystallisering, indtil hele delen er færdig. Først derefter køles delen ned. Derfor skal man kende polymerpulverets præcise smelte- og krystallisationsadfærd for at kunne definere procesindstillingerne for et givet materiale.
For at kunne udvikle nye materialer, der har alle de nødvendige egenskaber til et nyt produkt, er det nødvendigt at forstå denne termiske adfærd.
NETZSCH DSC214Polymaleverede løsningen
Alle de nye materialevalg med og uden fiberforstærkning blev karakteriseret ved hjælp af en NETZSCH DSC 214 Polyma ved at udføre dynamiske målinger fra stuetemperatur til 70 K over smeltetemperaturen med en opvarmnings- og afkølingshastighed på 20 K/min. Den resulterende graf og procesvinduet er vist i figur 1. Hysteresen mellem smeltningens begyndelse og krystalliseringens begyndelse er mindre end for det typisk anvendte PA12. Det betyder, at procesvinduet kun er ca. 20 K sammenlignet med ca. 30 K for PA12.
Figur 2 viser effekten af glas- og kulfibre på starten af krystalliseringen. Begge fibre (blå: CF, grøn: GF) fungerer som nukleare steder og flytter starten på krystalliseringen til højere temperaturer, hvilket gør procesvinduet endnu smallere. Dette er vigtigt for at identificere den bedst egnede byggetemperatur og kræver masser af ekspertise for at optimere processen. Ved temperaturer tæt på smeltningens begyndelse begynder det omgivende faste pulver at sintre på den varme, smeltede del. Denne effekt kaldes lateral vækst. Ved temperaturer tæt på krystalliseringens begyndelse kan forvridning være et problem. Dette kaldes ofte curling. En forklaring på forskellen i krystalliseringens begyndelse mellem glas- og kulfibre kan være forholdet mellem overflade og volumen for de to forskellige fibre. Da diameteren på kulfibre er i størrelsesordenen 7 µm og på den anvendte glasfiber ca. 11 µm, giver kulfibrene lidt mere overfladeareal, der kan fungere som nukleeringssteder for det samme volumenindhold i blandingen.
Hvis hysteresen mellem 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 og krystalliseringstemperatur for et materiale af interesse er meget small, kan isotermiske krystalliseringsstudier udføres for at analysere krystalliseringshastigheden mere detaljeret eller sammenligne forskellige blandinger med ellers lignende egenskaber for at select den bedste.
“DSC 214 Polyma er nem at bruge og gav os alle de relevante data til en vellykket produktion af dele med de nye pulvere. Sammen med den viden, vi fik i diskussioner med NETZSCH's applikationsspecialister, var vi i stand til at select de mest egnede materialer til at fortsætte vores udviklingsarbejde”
Er du interesseret i at lære mere om karakterisering af SLS-pulver?
I tidligere artikler har vi dækket følgende emner:
Om Wilo Group
Wilo Group er en af verdens førende premiumudbydere af pumper og pumpesystemer til bygningsservice, vandforvaltning og industrisektoren. Virksomhedens innovative løsninger, smarte produkter og individuelle serviceydelser flytter vand på en intelligent, effektiv og klimavenlig måde. Virksomheden yder også et vigtigt bidrag til klimabeskyttelse med en bæredygtighedsstrategi og i samarbejde med partnere (kilde).