Medición de la capacidad calorífica específica para simular procesos SLS

Durante el proceso SLS (Selective Laser Sintering), las capas previamente fundidas desaparecen en el lecho de polvo rodeadas de polvo sin sinterizar. Por lo tanto, es difícil medir la información sobre el campo de temperatura en las capas inferiores. Por ello, se han realizado importantes esfuerzos para modelizar y simular el proceso SLS. Dos magnitudes esenciales para ello son la 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}) y la conductividad térmica (k) en función de la temperatura. Cuando se añaden cargas, no sólo cambian la velocidad 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, sino que también requieren una mayor temperatura de construcción debido al cambio en _{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 k.

Cómo determinar la capacidad calorífica específica

Para determinar 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 en función de la temperatura de distintos materiales, se utiliza la calorimetría diferencial de barrido (DSC). La capacidad calorífica se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de sustancia en 1 °C mientras la presión p se mantiene constante. Se describe mediante la ecuación de conducción del calor:

De acuerdo con la norma DIN EN ISO 11357-4 (y ASTM E1269), la muestra se mide en relación con una segunda muestra (de referencia) de capacidad térmica conocida. Una muestra de referencia típica sería el zafiro. Por lo tanto, un experimento consta de tres pasadas diferentes en el intervalo de temperatura de interés. La primera es una exploración con dos cacerolas vacías (línea de base), la segunda una exploración con una cacerola que contiene la muestra de zafiro (referencia) y, por último, la tercera ejecución con la muestra real (muestra) en el mismo tipo de cacerola.

_Cp en función de la temperatura de la muestra puede calcularse de la siguiente manera:

Realización de mediciones _cp en muestras de polvo de polímero SLS

En este ejemplo de un polímero en polvo, más concretamente PA12, las mediciones se realizaron utilizando un NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® de acuerdo con la norma. Tras un paso inicial de enfriamiento a -25°C, la temperatura se incrementó hasta 215°C a 10 K/min. Se midieron dos muestras diferentes y se calculó la media. Todas las condiciones de medición se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1: Condiciones de medición

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", superpuesta con el pico de 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 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.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. En el caso de la PA12 que se muestra aquí, la interpolación se realizaría entre 90°C (2,348 J/gK) y 200°C (2,7 J/gK), que se indican en el gráfico. Los valores pueden exportarse para su posterior uso en simulaciones de materiales y procesos, por ejemplo, para el limado de temperaturas y la solidificación en el proceso SLS. Otra aplicación de los datos es el cálculo de 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 a partir de los datos de Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica y DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad.