Cómo los rellenos aumentan el comportamiento isótropo o anisótropo de las piezas SLS mediante su alineación

Los polímeros encogen. La mayor parte del encogimiento se produce durante la fase de enfriamiento del procesamiento del polímero. Una forma de reducir la contracción es añadir cargas. Las ventajas ya se comentaron en un artículo anterior.

La adición de cargas aumenta el rendimiento mecánico. Aunque se necesita una longitud crítica de los rellenos para que tengan un efecto sobre la resistencia de los componentes, la rigidez ya aumenta con rellenos con relaciones de aspecto small. En un estudio realizado por el Instituto de Tecnología de Polímeros de la Universidad de Erlangen-Nuremberg [1], se mezclaron rellenos de cobre térmicamente conductores con polvo de PA12 en diferentes contenidos de volumen para evaluar el cambio en las propiedades y el rendimiento.

Analizar los cambios de rigidez con el Análisis Mecánico Dinámico

Para comprender cómo cambia la rigidez o el módulo en función de la geometría y el contenido del relleno, puede utilizarse el Análisis Mecánico Dinámico (AMD ). En NETZSCH Analyzing & Testing, se analizaron muestras sin relleno, así como muestras rellenas con esferas de cobre (5 y 10 vol%) y copos de cobre (5 vol%) utilizando el NETZSCH DMA 242 E Artemis.

Preparación de la muestra y condiciones de medición

Se cortaron muestras de 50 mm x 10 mm x 4,5 mm a partir de muestras de hueso de perro. Debe prestarse especial atención a que el grosor de la muestra sea uniforme, ya que este método de medición es muy sensible a cualquier desviación. En el proceso SLS, por ejemplo, puede producirse un crecimiento lateral de las piezas cuando la masa fundida dentro del lecho de polvo está tan caliente que las partículas sólidas empiezan a sinterizarse en la superficie. Esto no se observó en estas muestras y, por tanto, no fue necesario ningún tratamiento adicional de la superficie.

Para la medición, las muestras se cargaron en el dispositivo de flexión de 40 mm de ancho. Tras una fase inicial de enfriamiento y equilibrio, las muestras se calentaron de -50°C a 180°C a 2 K/min, que es justo por debajo de la Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión del material y cubre todas las condiciones de servicio posibles. Todas las condiciones de medición se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1: Condiciones de medición

Influencia de las cargas de cobre en el módulo de almacenamiento

Los resultados de la PA12 pura y su efecto sobre el alabeo de las piezas SLS pueden consultarse aquí.

El gráfico de la Figura 1 muestra la curva del módulo de almacenamiento E' de la PA12 pura, así como de las muestras con 5 y 10 vol% de esferas de cobre y 5 vol% de escamas de cobre. Puede observarse que el comportamiento general de todas las muestras es muy similar. Además, el inicio de la caída del módulo en la transición vítrea y en la fusión se produce en rangos de temperatura estrechos de 2°C y 4°C, respectivamente.

Si se observan los valores del módulo de las distintas muestras, se observa, como era de esperar, que los valores más bajos corresponden a la PA12 pura (por ejemplo, 1.480 MPa a 27,5 °C y 135 MPa a 167,7 °C). El módulo de las muestras rellenas con 5 vol% de esferas de Cu muestra valores ligeramente superiores. Se observa un aumento significativo con 10 vol% de esferas de Cu, lo que demuestra que incluso los rellenos con relación de aspecto = 1 pueden aumentar la rigidez del material cuando se utiliza un contenido de relleno suficientemente alto. Sin embargo, se observa que los valores más altos de módulo se obtienen con copos de cobre de 5 vol% (por ejemplo, 2278 MPa a 26,7°C). Este módulo al inicio de la transición vítrea es un 54% mayor con las escamas que con la PA12 pura. Esto puede explicarse por la orientación predominante de las escamas en el plano xy, que está alineado con el eje de ensayo en el dispositivo de flexión. En este artículo se muestra y analiza la orientación predominante de las escamas.

Influencia de las cargas de cobre en el módulo de pérdida y tan δ

La figura 2 muestra los resultados del Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida E" y tan δ de las mismas muestras presentadas en la figura 1.

Estos resultados también muestran que los máximos característicos son independientes de las variaciones de la muestra investigada.

Cómo modificar con éxito el rendimiento de los materiales

Las mediciones confirman que la rigidez de las piezas SLS aumenta con la adición de rellenos, independientemente de su relación de aspecto. Además, se demuestra que en el caso de los rellenos con relaciones de aspecto más elevadas, como las escamas de Cu, incluso los contenidos de relleno de small pueden tener una influencia significativa, como un aumento del 54% en el módulo. Esto puede utilizarse para modificar el rendimiento del material sin cambiar a un polímero completamente nuevo, que podría ser difícil de procesar en el proceso SLS.

Acerca del Instituto de Tecnología de Polímeros (LKT)

El Instituto de Tecnología de Polímeros es un instituto de investigación académica de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg. Es uno de los líderes en investigación sobre fabricación aditiva, especialmente SLS. Otras de sus principales áreas de investigación son el diseño ligero y el FRP, los materiales y el procesamiento, la tecnología de unión y la tribología. Además de estos focos de investigación, el instituto también trabaja en temas interdisciplinares como la composición de materiales de relleno, la simulación del procesamiento y las aplicaciones, los termoplásticos reticulados por radiación, el procesamiento suave y muchos más.

Fuentes

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. Sinterización selectiva por láser de poliamida 12 rellena de cobre: caracterización de las propiedades del polvo y comportamiento del proceso, Polymer Composites, pp. 1801-1809, 2019