How Specific Heat Capacity of Filled Powders Affects SLS Processing Parameters

Estos sistemas de relleno son materiales con 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, como el aluminio o el cobre. Si se consigue una mayor Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, están al alcance de la mano aplicaciones de gestión térmica que pueden mejorarse aún más con las complejas geometrías que permite el SLS. Si bien el cambio de rendimiento es deseable en el componente final, la adición de rellenos a los polvos SLS también tiene un efecto en el comportamiento de procesamiento y debe entenderse para terminar con éxito un trabajo de construcción.

Por qué es adecuado el cobre

Tomemos, por ejemplo, el cobre como buen material conductor del calor. Su capacidad calorífica específica es del orden de 0,4 J/g×K. Mezclarlo con polvo de PA12 debe conducir a la reducción de la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica de la mezcla. Por lo tanto, la capacidad del compuesto para almacenar calor se reduce, el calor se descarga más rápidamente y el equilibrio térmico de una construcción puede modificarse. Obtenga más información sobre las mediciones de _cp en polvos PA12 sin relleno aquí

Preparación de las muestras para el análisis

En un estudio realizado en el Instituto de Tecnología de Polímeros (LKT) de la Universidad de Erlangen-Nuremberg, se produjeron y procesaron en una máquina EOS Formiga P110 diferentes mezclas de esferas y copos de cobre con distintos contenidos. Las muestras variaban tanto en la forma del relleno (esferas y copos) como en el contenido en volumen (5 y 10 %).

La ^{DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad} de energía1 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. Durante el proceso, no se pudieron producir muestras con las escamas de cobre al 10 % en volumen. Se determinó que la temperatura de proceso para la mezcla con esferas de cobre era de 167°C y con las escamas de cobre de 173°C, respectivamente.

Medición de la capacidad calorífica específica

Se utilizó un NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® para medir la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica_{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} en función de la temperatura de estas diferentes mezclas de polvo PA12 con partículas de cobre en comparación con el material PA12 puro. Las mediciones se realizaron de acuerdo con las normas ASTM E1269 e ISO 11357-4.

Tras un paso inicial de enfriamiento a -25°C, se aumentó la temperatura hasta 215°C a 10 K/min. Se midieron dos muestras diferentes y se calculó la media. En la tabla siguiente se resumen las condiciones de medición.

Tabla 1: Condiciones de medición

Análisis de los datos de medición con un software inteligente

El análisis en el NETZSCH Proteus^® software se muestra en la Figura 1. Muestra la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica "aparente" de una muestra de PA12 con esferas de cobre al 5 % vol, superpuesta por los efectos para la fusión y la transición vítrea.

Los datos de _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} pueden deducirse fácilmente de esta curva. Sin embargo, en el intervalo de temperaturas entre 90-190°C, el efecto del aumento de _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} y el efecto EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico de la fusión se oponen entre sí. Por lo tanto, los valores en el intervalo de fusión suelen interpolarse.

La figura 2 muestra los valores de _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} tras la interpolación de las cuatro muestras.

Como era de esperar, se observa que el _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} aumenta al aumentar la temperatura. El contenido adicional de cobre reduce _el Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp y no se detecta ningún efecto de la geometría del relleno. Los investigadores de LKT incluso confirmaron que la disminución del _{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp} con el aumento del contenido de cobre sigue la regla de la mezcla. Sin embargo, sólo midieron _el Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp a 25°C. Las mediciones dependientes de la temperatura que se muestran en la figura 2 indican además que la pendiente del aumento del _cp con la temperatura se reduce ligeramente cuantas más partículas de cobre hay en la mezcla.

Las mediciones confirman que el cambio de _cp puede contribuir al mayor aporte de energía necesario durante la impresión 3D. Sin embargo, se necesita información adicional sobre la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica para evaluar el impacto de ambos efectos en las condiciones térmicas.

Cabe señalar que este comportamiento es universal para todos los materiales plásticos modificados con cargas conductoras térmicas. Por lo tanto, es una cantidad importante que debe medirse para el diseño, así como para la simulación de moldeo por inyección de disipadores de calor u otros componentes necesarios en la gestión térmica.

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. Además de estas áreas 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.

^{1Densidad energética}= cantidad de energía que contiene un sistema en comparación con su volumen