How Fillers Affect the Crystallization Behavior of SLS Powders

Una demanda podría ser una mayor ductilidad (por ejemplo, PA11), otras podrían ser una mejor estabilidad dimensional (por ejemplo, adición de perlas de vidrio), una mayor Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica o térmica (por ejemplo, rellenos como aluminio o cobre) o una mayor rigidez y resistencia (por ejemplo, adición de fibras de vidrio o carbono).

Los rellenos actúan como sitios de nucleación

La adición de cualquier material de relleno al polvo SLS suele afectar al comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización, ya que las superficies de los materiales de relleno actúan como lugares de nucleación heterogéneos. Los materiales de relleno conductores también pueden afectar a la temperatura del material y, por tanto, mostrar cambios adicionales en su comportamiento.las mediciones dinámicas de calorimetría diferencial de barrido (DSC ) pueden proporcionar una primera indicación de un cambio de comportamiento, que puede analizarse posteriormente mediante mediciones isotérmicas a la temperatura de fabricación o cerca de ella.

Añadir rellenos de cobre conductores

Para comprender el efecto de los rellenos conductores, los investigadores del Instituto de Tecnología de Polímeros (LKT) de la Universidad de Erlangen-Nuremberg experimentaron con rellenos de cobre [1]. Utilizaron diferentes mezclas de esferas y copos de cobre (Figura 1) con contenidos variables y analizaron el comportamiento de procesamiento, así como las propiedades conductoras resultantes, con el objetivo de generar componentes complejos para la gestión térmica. Se prepararon diversas muestras añadiendo esferas de cobre en 5 y 10 vol% y copos de cobre en 5 vol% al polvo de PA12. La DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de energía de 0,043 ^J/mm2 se mantuvo constante para todos los materiales con el fin de detectar cualquier cambio en el comportamiento del proceso debido a los rellenos.

Determinación de la ventana de proceso y del comportamiento de cristalización del polvo de PA12 con partículas de cobre

En NETZSCH Analyzing & Testing, se utilizó un DSC 214 Polyma para analizar la ventana de proceso y el comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización de estas diferentes mezclas de polvo PA12 con partículas de cobre en comparación con el material PA12 puro.

Para cada medición, se cortó una muestra de 5 mg y se colocó en un recipiente de aluminio con fondo cóncavo (Concavus^®al) y tapa cerrada. La muestra se enfrió desde la temperatura ambiente para iniciar la medición a -20°C. A continuación se calentó hasta 200°C a una velocidad de calentamiento de 10 K/min y se enfrió a la misma velocidad de enfriamiento de 10 K/min hasta -20°C.

En la tabla siguiente se resumen las condiciones de medición.

Tabla 1: Condiciones de medición

Los resultados de la PA12 pura se analizaron en detalle en esta entrada anterior

Cambios en el comportamiento de cristalización

En la Figura 2 se muestran los resultados del^primer calentamiento y enfriamiento de las 4 muestras. Como puede observarse, 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 máxima no se ve afectada por la adición de cargas (la diferencia de área está relacionada con los distintos contenidos de carga y no se ha normalizado en este gráfico).

Sin embargo, puede observarse que la temperatura de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización máxima y el inicio de la CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización se desplazan a temperaturas más altas a medida que aumenta el contenido de relleno.

El pico se desplaza de 145,8°C para el material puro a 149,1°C para 5 vol% de cargas de cobre y a 151,3°C para 10 vol%, respectivamente.

Puede concluirse que las cargas actúan como sitios de nucleación y aceleran la CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización. Esto conduce a una ventana de proceso ligeramente reducida y debe tenerse en cuenta durante la selección de las condiciones de procesado.

Un efecto similar fue observado por WILO SE, un proveedor premium de bombas y sistemas de bombeo, para fibras de vidrio y carbono. Lea el estudio de caso aquí

Comprender mejor el comportamiento de la cristalización

Estudios adicionales del comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización IsotérmicoLos ensayos a temperatura controlada y constante se denominan isotérmicos.isotérmica pueden ser útiles para comprender aún mejor este comportamiento. Aquí se ofrece una descripción detallada del procedimiento de medición para el polvo de PA12 sin relleno.

Los investigadores de LKT realizaron estos estudios isotérmicos adicionales a 165°C en las muestras rellenas de cobre y descubrieron que el tiempo medio de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización se reduce debido a la adición de cargas, lo que confirma aún más el efecto de nucleación. El estudio completo puede consultarse aquí [Acceso abierto]

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.