Πώς να προετοιμάσετε τα μέρη SLS για μετρήσεις θερμικής ανάλυσης: LFA

Γιατί οι θερμοφυσικές ιδιότητες πρέπει να αξιολογούνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις

Πολλά researcτης έχουν δείξει ότι ο προσανατολισμός δόμησης των δειγμάτων στον όγκο δόμησης έχει επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των εξαρτημάτων Selective Laser Sintering (SLS). Ο προσανατολισμός δόμησης αναφέρεται στη θέση ενός εξαρτήματος σε σχέση με το επίπεδο εφαρμογής της σκόνης (xy) και την κίνηση της πλατφόρμας δόμησης (z), Σχήμα 1.

Σε πολύ γενικούς όρους, μπορούμε να πούμε ότι τα μέρη όπου η διεύθυνση δοκιμής του δοκιμίου ευθυγραμμίζεται παράλληλα με το επίπεδο xy της κατασκευής (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1) είναι ισχυρότερα από τα μέρη όπου η διεύθυνση δοκιμής είναι κάθετη στο επίπεδο xy της κατασκευής (ή παράλληλη στο επίπεδο zy).

Λόγω αυτής της κατευθυντικότητας των μηχανικών ιδιοτήτων, διάφορες άλλες ιδιότητες αξιολογούνται επίσης καλύτερα σε διαφορετικές κατευθύνσεις- ειδικά όταν χρησιμοποιούνται πρόσθετα πληρωτικά υλικά για την περαιτέρω ενίσχυση των ιδιοτήτων. Μια τέτοια ιδιότητα είναι η θερμική αγωγιμότητα (k). Για εξαρτήματα SLS με αυξημένους ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας για θερμική διαχείριση, θα πρέπει επίσης να προσδιορίζεται ως συνάρτηση των διαφορετικών προσανατολισμών με τη χρήση Laser Flash Analysis (LFA).

Προσθήκη πληρωτικών στη σκόνη SLS

Ακριβώς όπως και στην τυπική επεξεργασία πολυμερών, η προσθήκη πληρωτικών υλικών αποτελεί επιλογή. Ωστόσο, υπάρχει μια μεγάλη διαφορά. Το μέγεθος του πληρωτικού υλικού πρέπει να είναι πολύ small - στην ίδια κλίμακα με τις σκόνες - για να είναι δυνατή η δημιουργία ενός ομοιόμορφου στρώματος κατά την επικάλυψη. Στην περίπτωση των σκονών PA12, αυτό θα ήταν περίπου 60 μm μήκος.

Για τις ίνες ως πληρωτικά υλικά, υπάρχουν επί του παρόντος δύο διαθέσιμες επιλογές. Η μία είναι η σκόνη που έχει τις ίνες ήδη ενσωματωμένες στο σωματίδιο και η άλλη είναι η ξηρή ανάμιξη ινών και σκόνης. Η πρώτη απαιτεί ή αποδίδει ακόμη μικρότερες ίνες από 60 μm, αλλά ο προσανατολισμός είναι τυχαίος μέσα στην κλίνη σκόνης. Η ξηρή ανάμιξη, ωστόσο, έχει ως αποτέλεσμα έναν προτιμησιακό προσανατολισμό των ινών προς την κατεύθυνση εφαρμογής της σκόνης (που συνήθως συμβολίζεται ως κατεύθυνση x). Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί και για άλλα πληρωτικά υλικά: π.χ. νιφάδες σε σύγκριση με σφαίρες (βλέπε σχήμα 2 παρακάτω).

Όταν οι νιφάδες είναι κυρίως προσανατολισμένες στο επίπεδο xy, οι σφαίρες ως ισότροπα πληρωτικά υλικά κατανέμονται ομοιόμορφα μέσα στο στρώμα. Επομένως, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή κατά την προετοιμασία των δειγμάτων, ώστε να είναι δυνατή η ανίχνευση τυχόν επιδράσεων που είναι αποτέλεσμα του προσανατολισμού κατά τη διάρκεια της επικάλυψης με πούδρα.

Πώς να προετοιμάσετε τα εξαρτήματα SLS για την ανάλυση Laser Flash

Η μέθοδος λέιζερ ή φωτοβολίδας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμικής διάχυσης μιας ποικιλίας διαφορετικών υλικών. Η εμπρόσθια επιφάνεια ενός επίπεδου-παράλληλου δείγματος θερμαίνεται με παλμό φωτός και η προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας στην οπίσθια πλευρά του δείγματος καταγράφεται ως συνάρτηση του χρόνου. Όσο υψηλότερη είναι η θερμική διαχυτότητα, τόσο πιο γρήγορα η αύξηση της θερμοκρασίας φτάνει στην πίσω πλευρά.

Στο NETZSCH Analyzing & Testing, τα δείγματα κόπηκαν σε μια μηχανή φρεζαρίσματος με τη χρήση ενός πλάγιου φρεζαρίσματος από δείγματα dog bone σε τρεις διαφορετικές κατευθύνσεις, ώστε να είναι δυνατή η ανάλυση της λειτουργίας της επικάλυψης στον προσανατολισμό του πληρωτικού υλικού, Σχήμα 1. Εάν κατά την κοπή χρησιμοποιείται ψύξη medium, τα δείγματα πρέπει να καθαρίζονται.

Τα δείγματα στην κατεύθυνση z μπορούν να μετρηθούν όπως στην τυπική υποδοχή δειγμάτων, ενώ τα δείγματα στην κατεύθυνση x και y πρέπει να κοπούν σε λωρίδες smaller, να περιστραφούν και να μετρηθούν με τη νέα διάταξη στην υποδοχή δειγμάτων ελάσματος, Σχήμα 3.

Για να εξασφαλιστεί ότι όλες οι λωρίδες είναι επίπεδες και δεν υπάρχουν κενά, αφαιρούνται τα γρέζια γύρω από τις άκρες του δείγματος με γυαλόχαρτο. Δεδομένου ότι τα δείγματα στην κατεύθυνση x και y αποτελούνται από μεμονωμένες λωρίδες, η βάση στήριξης των δειγμάτων του ελάσματος έχει σχεδιαστεί για να στερεώνει τις λωρίδες στη θέση τους, Σχήμα 4.

Η συγκεκριμένη υποδοχή δείγματος επιτρέπει τη μέτρηση ενός συγκεκριμένου δείγματος σε τουλάχιστον δύο διαφορετικές κατευθύνσεις. Για παράδειγμα, θα μπορούσε κανείς να μετρήσει το δείγμα στην κατεύθυνση z, στη συνέχεια να το κόψει σε λωρίδες και να το μετρήσει σε άλλη κατεύθυνση. Ωστόσο, ο πιο συνηθισμένος λόγος είναι ότι τα δείγματα μπορούν να προετοιμαστούν μόνο σε συγκεκριμένες διαστάσεις, κάτι που συμβαίνει συχνά με δείγματα dogbone ή άλλα λεπτότερα μέρη που μοιάζουν με πλάκες. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η υποδοχή δειγμάτων από έλασμα είναι η μόνη επιλογή.

Έτσι, η διεύθυνση x υποδηλώνει τη μέτρηση στην κατεύθυνση της λειτουργίας της επικάλυψης από αριστερά προς τα δεξιά ή αντίστροφα- το y είναι στο ίδιο επίπεδο xy, αλλά σε κάθετη κατεύθυνση προς την επικάλυψη από μπροστά προς τα πίσω και αντίστροφα- το z είναι η κατεύθυνση του πάχους του στρώματος.

Οι διαστάσεις των δειγμάτων στη διεύθυνση x και y είναι επομένως 12,6×12,6×2 ^mm3 και στη διεύθυνση z 12,6×12,6×4 ^mm3 (μόνο το καθαρό δείγμα PA12 έχει τόσο χαμηλή θερμική διαχυτότητα και συνεπώς πολύ μεγάλη διάρκεια μέτρησης με πάχος 4 mm που το δείγμα λειανίστηκε σε πάχος 2,4 mm).

Τα επόμενα βήματα προετοιμασίας είναι απαραίτητα για όλα τα δείγματα των οποίων η υφή της επιφάνειας ή ο βαθμός διαφάνειας θα μπορούσε να έχει επίδραση στην ανάκλαση της δέσμης λέιζερ.

Η επιφάνεια των δειγμάτων SLS έχει τραχιά υφή σε σύγκριση με τα εξαρτήματα χύτευσης με έγχυση λόγω της πρώτης ύλης σκόνης και της διαδικασίας. Δεδομένου ότι η Laser Flash Analysis είναι μια οπτική μέθοδος που πρέπει να εξαλείψει την ανάκλαση, τα δείγματα επικαλύπτονται με ψεκασμό με ένα λεπτό στρώμα γραφίτη, το οποίο έχει υψηλή απορροφητικότητα για τον ενεργειακό παλμό της LFA. Διαβάστε περισσότερα για τον ιδανικό τρόπο επικάλυψης των δειγμάτων στο AN0066.

Τα δείγματα που προετοιμάζονται με αυτόν τον τρόπο, μπορούν στη συνέχεια να φορτωθούν σε αυτούς τους υποδοχείς δειγμάτων στη συσκευή LFA και να δοκιμαστούν. Η διαδικασία μέτρησης και τα αποτελέσματα εξηγούνται σε αυτό το άρθρο!