How Specific Heat Capacity of Filled Powders Affects SLS Processing Parameters

Ces systèmes de charge sont des matériaux à Conductivité électrique (SBA)La conductivité électrique est une propriété physique indiquant la capacité d'un matériau à permettre le transport d'une charge électrique.conductivité électrique ou thermique élevée, tels que l'aluminium ou le cuivre. Si une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique plus élevée est obtenue, des applications de gestion thermique sont envisageables et peuvent être encore améliorées par les géométries complexes possibles avec la SLS. Si la modification des performances est souhaitée dans le composant final, l'ajout de charges aux poudres SLS a également un effet sur le comportement du traitement et doit être compris pour achever avec succès un travail de construction.

Pourquoi le cuivre est-il approprié ?

Prenons l'exemple du cuivre, qui est un bon conducteur de chaleur. Sa capacité thermique spécifique est de l'ordre de 0,4 J/g×K. Le fait de le mélanger à de la poudre de PA12 doit entraîner une réduction de la capacité calorifique spécifique du mélange. Par conséquent, la capacité du composé à stocker la chaleur est réduite, la chaleur est évacuée plus rapidement et l'équilibre thermique d'un bâtiment peut être modifié. Pour en savoir plus sur les mesures de la capacité _thermique spécifique des poudres PA12 non chargées, cliquez ici!

Préparation des échantillons pour l'analyse

Dans le cadre d'une étude menée à l'Institut de technologie des polymères (LKT) de l'Université d'Erlangen-Nuremberg, différents mélanges de sphères et de paillettes de cuivre à des teneurs variables ont été produits et traités dans une machine EOS Formiga P110. Les échantillons variaient à la fois dans la forme de la charge (sphères et paillettes) et dans la teneur en volume (5 et 10 %).

La densité d'^énergie1 de 0,043 ^J/mm2 a été maintenue constante pour tous les matériaux afin de détecter tout changement dans le comportement du processus dû aux charges. Pendant le traitement, aucun échantillon n'a pu être produit avec les paillettes de cuivre à 10 % de volume. La température de traitement pour le mélange avec les sphères de cuivre a été déterminée à 167°C et avec les paillettes de cuivre à 173°C, respectivement.

Mesure de la capacité thermique spécifique

NETZSCH UnDSC 204 F1 Phoenix^® a été utilisé pour mesurer la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} en fonction de la température de ces différents mélanges de poudre de PA12 avec des particules de cuivre par rapport au matériau PA12 pur. Les mesures ont été effectuées conformément aux normes ASTM E1269 et ISO 11357-4.

Après un refroidissement initial à -25°C, la température a été augmentée à 215°C à 10 K/min. Deux échantillons différents ont été mesurés et la moyenne a été calculée. Le tableau suivant résume les conditions de mesure.

Tableau 1 : Conditions de mesure

Analyse des données de mesure à l'aide d'un logiciel intelligent

L'analyse dans le logiciel NETZSCH Proteus^® est illustrée à la figure 1. Elle montre la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique "apparente" d'un échantillon de PA12 contenant 5 % de sphères de cuivre, superposée aux effets de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion et de transition vitreuse.

Les données de _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} peuvent être facilement déduites de cette courbe. Toutefois, dans la plage de température comprise entre 90 et 190°C, l'effet de l'augmentation du _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} et l'effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique de la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion s'opposent l'un à l'autre. Par conséquent, les valeurs dans la plage de Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion sont généralement interpolées.

La figure 2 montre les valeurs de _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} après l'interpolation pour les quatre échantillons.

Comme prévu, on constate que le _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} augmente avec la température. La teneur supplémentaire en cuivre réduit le _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} et aucun effet de la géométrie de la charge ne peut être détecté. Les chercheurs de LKT ont même confirmé que la diminution du _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} avec l'augmentation de la teneur en cuivre suit la règle du mélange. Cependant, ils n'ont mesuré le _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} qu'à 25°C. Les mesures en fonction de la température présentées dans la figure 2 indiquent en outre que la pente de l'augmentation du _cp en fonction de la température est légèrement réduite lorsque le mélange contient davantage de particules de cuivre.

Les mesures confirment que le changement de _cp peut contribuer à l'augmentation de l'énergie nécessaire à l'impression 3D. Cependant, des informations supplémentaires sur la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique sont nécessaires pour évaluer l'impact des deux effets sur les conditions thermiques.

Il convient de noter que ce comportement est universel pour toutes les matières plastiques modifiées avec des charges thermoconductrices. Il s'agit donc d'une quantité importante à mesurer pour la conception et la simulation de moulage par injection de dissipateurs thermiques ou d'autres composants nécessaires à la gestion thermique.

À propos de l'Institut de technologie des polymères (LKT)

L'Institut de technologie des polymères est un institut de recherche universitaire de l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg. Il est l'un des leaders de la recherche sur la fabrication additive, en particulier sur le SLS. Outre ces domaines de recherche, l'institut travaille également sur des sujets interdisciplinaires tels que le mélange de matériaux d'apport, la simulation du traitement et des applications, les thermoplastiques réticulés par rayonnement, le traitement doux et bien d'autres encore.

^{1Densité énergétique}= quantité d'énergie contenue dans un système par rapport à son volume