How to Prepare SLS Parts for Thermal Analysis Measurements: LFA

Miért kell a termofizikai tulajdonságokat különböző irányokban értékelni?

Számos kutató kimutatta, hogy a minták építési orientációja az építési térfogatban hatással van a szelektív lézersinterezéssel (SLS) előállított alkatrészek mechanikai tulajdonságaira. Az építési orientáció az alkatrésznek a porfelhordás síkjához (xy) és az építési platform mozgásához (z) viszonyított helyzetére utal, 1. ábra.

Nagyon általánosságban elmondható, hogy azok az alkatrészek, ahol a próbatest vizsgálati iránya párhuzamos a felépítés xy-síkjával (ahogy az 1. ábrán látható), erősebbek, mint azok, ahol a vizsgálati irány merőleges a felépítés xy-síkjára (vagy párhuzamos a zy-síkkal).

A mechanikai tulajdonságok ilyen irányúsága miatt a különböző egyéb tulajdonságok is különböző irányokban értékelhetők a legjobban; különösen akkor, ha a tulajdonságok további javítása érdekében további töltőanyagokat használnak. Az egyik ilyen tulajdonság a hővezető képesség (k). A hőkezelés érdekében megnövelt hőátadási sebességű SLS-alkatrészek esetében ezt is meg kell határozni a különböző irányok függvényében, lézeres villanáselemzéssel (LFA).

Töltőanyagok hozzáadása az SLS porhoz

Csakúgy, mint a tipikus polimerfeldolgozás során, a töltőanyagok hozzáadása is választás kérdése. Van azonban egy nagy különbség. A töltőanyag méretének nagyon nagynak kell lennie small - a porokkal azonos skálán -, hogy a bevonás során egyenletes réteg jöhessen létre. A PA12 porok esetében ez körülbelül 60 µm hosszúságú lenne.

A szálak mint töltőanyagok esetében jelenleg két lehetőség áll rendelkezésre. Az egyik a por, amelynél a szálak már be vannak építve a részecskékbe, a másik pedig a szálak és a por száraz keverése. Az első esetben 60 µm-nél is rövidebb szálakra van szükség, vagy még rövidebb szálakat kapunk, de az orientáció véletlenszerű a porágyon belül. A száraz keverés viszont a szálak preferenciális orientációját eredményezi a por felhordásának irányában (általánosan x-iránynak nevezve). Ez más töltőanyagok esetében is megfigyelhető: pl. pelyhek a gömbökhöz képest (lásd az alábbi 2. ábrát).

Ahol a pelyhek többnyire a xy-síkban orientálódnak, ott a gömbök mint izotróp töltőanyagok egyenletesen oszlanak el a rétegben. Ezért a minták előkészítése során különös gondossággal kell eljárni, hogy a porbevonás során a tájolásból eredő hatásokat ki lehessen mutatni.

Hogyan készítsük elő az SLS-alkatrészeket a lézeres villanáselemzéshez?

A lézeres vagy fényvillanásos módszerrel számos különböző anyag 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 képességét mérik. Egy síkban párhuzamos minta elülső felületét fényimpulzussal melegítik, és a minta hátsó felületén az ebből eredő hőmérséklet-emelkedést az idő függvényében regisztrálják. Minél nagyobb a 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 képesség, annál gyorsabban éri el a hőmérséklet-emelkedés a hátsó felületet.

A NETZSCH Analízis és vizsgálat címen a mintákat egy marógépen oldalmaróval három különböző irányban vágták ki a kutyacsontmintákból, hogy a bevonatolás műveletét a töltőanyag orientációjára vonatkozóan elemezni lehessen, 1. ábra. Ha a vágás során hűtést használnak medium, a mintákat meg kell tisztítani.

A z irányú mintákat a szabványos mintatartóhoz hasonlóan lehet mérni, míg az x- és y irányú mintákat kisebb csíkokra kell vágni, elforgatni és az új elrendezésben a laminált mintatartóban mérni, 3. ábra.

Annak biztosítása érdekében, hogy minden csík síkban legyen, és ne legyenek hézagok, a minta szélei körül csiszolópapírral eltávolítjuk a görcsöket. Mivel az x- és y-irányú minták különálló csíkokból állnak, a laminált mintatartót úgy tervezték, hogy a csíkokat a helyükön rögzítse, 4. ábra.

Ez a különleges mintatartó lehetővé teszi egy adott minta mérését legalább két különböző irányban. Például mérhetjük a mintát z irányban, majd csíkokra vágva egy másik irányban mérhetjük. A gyakoribb ok azonban az, hogy a minták csak meghatározott méretekben készíthetők el, ami gyakran előfordul a kutyacsontminták vagy más vékonyabb lemezszerű alkatrészek esetében. Ezekben az esetekben a laminált mintatartó az egyetlen lehetőség.

Az x irány tehát a bevonat művelet irányában balról jobbra vagy fordítva a mérést jelöli; az y ugyanabban az xy-síkban, de a bevonatra merőleges irányban elölről hátrafelé és fordítva; a z a réteg vastagság iránya.

A minták méretei x- és y-irányban tehát 12,6×12,6×2 ^mm3, z-irányban pedig 12,6×12,6×4 ^mm3 (csak a tiszta PA12 mintának olyan alacsony a hődiffúziós képessége és így túl hosszú a mérés időtartama 4 mm vastagsággal, hogy a mintát 2,4 mm vastagságúra csiszoltuk).

A következő előkészítési lépések minden olyan minta esetében szükségesek, amelynek felületi textúrája vagy átlátszósági foka hatással lehet a lézersugár visszaverődésére.

Az SLS-minták felülete a por alapanyag és az eljárás miatt durva textúrájú a fröccsöntéses alkatrészekhez képest. Mivel a lézeres villanáselemzés egy optikai módszer, amelynek ki kell küszöbölnie a visszaverődést, a mintákat vékony grafitréteggel szórják be, amely nagy abszorpciós képességgel rendelkezik az LFA energiaimpulzus számára. A minták bevonásának ideális módjáról bővebben az AN0066 dokumentumban olvashat.

Az így előkészített mintákat ezután ezekben a mintatartókban be lehet tölteni az LFA-készülékbe, és meg lehet vizsgálni. A mérési eljárást és az eredményeket ebben a cikkben ismertetjük!