How Specific Heat Capacity of Filled Powders Affects SLS Processing Parameters

Ilyen töltőanyag-rendszerek a nagyobb elektromos vagy Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességű anyagok, mint például az alumínium vagy a réz. Ha magasabb hővezető képességet érnek el, elérhetővé válnak a hőkezelési alkalmazások, amelyeket az SLS által lehetséges összetett geometriák tovább fokozhatnak. Miközben a megváltozott teljesítmény a végső alkatrészben kívánatos, a töltőanyagok hozzáadása az SLS porokhoz hatással van a feldolgozási viselkedésre is, és ezt meg kell érteni egy építési munka sikeres befejezéséhez.

Miért alkalmas a réz

Vegyük például a rezet, mint jó hővezető anyagot. A fajlagos hőkapacitása 0,4 J/g×K tartományban van. Ha PA12 porral keverjük, a keverék fajlagos hőkapacitása csökken. Ezért csökken a keverék hőtároló képessége, a hő gyorsabban távozik, és megváltozhat az építmény hőegyensúlya. Tudjon meg többet a töltetlen PA12 porok _cp méréséről itt!

A minták előkészítése az elemzéshez

Az Erlangen-Nürnbergi Egyetem Polimertechnológiai Intézetében (LKT) végzett vizsgálat során különböző tartalmú rézgömbök és -pelyhek különböző keverékeit állították elő és dolgozták fel egy EOS Formiga P110 gépen. A minták mind a töltőanyag formája (gömbök és pelyhek), mind a térfogattartalom (5 és 10 %) tekintetében változtak.

A 0,043 ^{J/mm2energiasűrűséget1} minden anyag esetében állandó értéken tartottuk, hogy a töltőanyagok miatt a folyamat viselkedésében bekövetkező változásokat észleljük. A feldolgozás során a 10 térfogatszázalékos rézpelyhekkel nem lehetett mintákat előállítani. A rézgömböket tartalmazó keveréknél 167°C, a rézpelyhekkel 173°C-os technológiai hőmérsékletet határoztunk meg.

A fajlagos hőkapacitás mérése

A NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® készüléket használták a PA12 por és a rézrészecskék különböző keverékeinek a hőmérséklet függvényében mért _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp}Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitásának mérésére a tiszta PA12 anyaggal összehasonlítva. A méréseket az ASTM E1269 és az ISO 11357-4 szabványoknak megfelelően végeztük.

A kezdeti -25°C-ra történő hűtési lépés után a hőmérsékletet 10 K/perc sebességgel 215°C-ra növeltük. Két különböző mintát mértünk és az átlagot számoltuk ki. A következő táblázat összefoglalja a mérési feltételeket.

Táblázat: Mérési feltételek

A mérési adatok elemzése intelligens szoftverrel

Az elemzés a NETZSCH Proteus^® szoftverben végzett elemzés az 1. ábrán látható. Egy 5 térfogat% rézgömböket tartalmazó PA12 minta "látszólagos" Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitását mutatja, az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás és az üvegesedési átmenet hatásaival egymásra helyezve.

A _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp} adatok könnyen levezethetők ebből a görbéből. A 90-190°C közötti hőmérséklet-tartományban azonban a növekvő _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp} és az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás endoterm hatása ellentétes egymással. Ezért az olvadási tartományban az értékeket jellemzően interpolálják.

A 2. ábra mutatja a _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp-értékeket} az interpoláció után mind a négy minta esetében.

A várakozásoknak megfelelően látható, hogy a _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp} a hőmérséklet növekedésével nő. A további réztartalom csökkenti a _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp-t}, és a töltőanyag-geometria hatása nem mutatható ki. Az LKT kutatói még azt is megerősítették, hogy a _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp} csökkenése a réztartalom növekedésével a keverési szabályt követi. Ők azonban csak 25 °C-on mérték a _{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp-t}. A 2. ábrán látható hőmérsékletfüggő mérésekből továbbá kiderül, hogy a _cp növekedésének meredeksége a hőmérséklet függvényében kissé csökken, minél több rézrészecske van a keverékben.

A mérések megerősítik, hogy a _cp változása hozzájárulhat a 3D nyomtatás során szükséges nagyobb energiabevitelhez. A hővezető képességre vonatkozó további információkra van azonban szükség ahhoz, hogy értékelni lehessen mindkét hatásnak a hőviszonyokra gyakorolt hatását.

Meg kell jegyezni, hogy ez a viselkedés minden, hővezető töltőanyagokkal módosított műanyagra általánosan érvényes. Ezért ez egy fontos mérendő mennyiség a hőelvezetők vagy más, a hőkezeléshez szükséges alkatrészek tervezéséhez, valamint a fröccsöntés szimulációjához.

A Polimertechnológiai Intézetről (LKT)

A Polimertechnológiai Intézet az Erlangen-Nürnbergi Friedrich-Alexander Egyetem tudományos kutatóintézete. Az intézet az egyik vezető szerepet tölti be az additív gyártás kutatásában; különösen az SLS területén. További fő kutatási területei közé tartozik a könnyűszerkezetes tervezés és az FRP, az anyagok és feldolgozás, az illesztéstechnológia és a tribológia. Ezen kutatási fókuszok mellett az intézet olyan interdiszciplináris témákon is dolgozik, mint a töltőanyag-keverés, a feldolgozás és az alkalmazások szimulációja, a sugárzás által térhálósított hőre lágyuló műanyagok, a kíméletes feldolgozás és még sok más.

^{1Energiasűrűség}= Mennyi energiát tartalmaz egy rendszer a térfogatához képest