Bagaimana Pengisi Meningkatkan Perilaku Isotropik atau Anisotropik Bagian SLS melalui Penyelarasannya

Polimer menyusut. Sebagian besar penyusutan terjadi selama langkah pendinginan pemrosesan polimer. Cara untuk mengurangi penyusutan adalah dengan penambahan bahan pengisi. Keuntungannya telah dibahas dalam artikel sebelumnya.

Penambahan bahan pengisi menyebabkan peningkatan kinerja mekanis. Meskipun panjang kritis pengisi diperlukan untuk memberikan efek pada kekuatan komponen, kekakuan sudah meningkat dengan pengisi dengan rasio aspek small. Dalam sebuah penelitian yang dilakukan oleh Institute of Polymer Technology di University of Erlangen-Nuremberg [1], pengisi tembaga konduktif termal dicampur dengan bubuk PA12 dalam berbagai isi volume untuk mengevaluasi perubahan sifat dan kinerja.

Menganalisis perubahan kekakuan dengan Analisis Mekanis Dinamis

Untuk memahami bagaimana kekakuan atau modulus berubah sebagai fungsi dari geometri filler dan kandungan filler, Dynamic Mechanical Analysis (DMA ) dapat digunakan. Di NETZSCH Analyzing & Testing, sampel yang tidak terisi serta sampel yang terisi dengan bola tembaga (5 dan 10 vol%) dan serpihan tembaga (5 vol%) dianalisis dengan menggunakan NETZSCH DMA 242 E Artemis.

Persiapan sampel dan kondisi pengukuran

Sampel berukuran 50mmx10mmx4,5 mm dipotong dari spesimen tulang anjing. Perhatian khusus perlu diberikan untuk memastikan bahwa ketebalan sampel seragam, karena metode pengukuran ini sangat sensitif terhadap penyimpangan apa pun. Dalam proses SLS, misalnya, pertumbuhan lateral pada bagian dapat terjadi apabila lelehan di dalam bedak bubuk sangat panas sehingga partikel padat mulai menyinter ke permukaan. Hal ini tidak teramati pada sampel-sampel ini dan dengan demikian, tidak ada perawatan permukaan tambahan yang diperlukan.

Untuk pengukuran, sampel kemudian dimasukkan ke dalam perlengkapan lentur selebar 40 mm. Setelah langkah pendinginan dan penyeimbangan awal, sampel dipanaskan dari -50°C hingga 180°C pada 2 K/menit, yang berada tepat di bawah Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh material dan mencakup semua kondisi servis yang memungkinkan. Semua kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel berikut:

Tabel 1: Kondisi pengukuran

Pengaruh pengisi tembaga pada modulus penyimpanan

Hasil dari PA12 yang rapi dan pengaruhnya terhadap kelengkungan komponen SLS dapat ditemukan di sini.

Grafik pada Gambar 1 menunjukkan kurva modulus penyimpanan E' untuk PA12 yang rapi serta sampel dengan 5 dan 10 vol% bola tembaga dan serpihan tembaga 5 vol%. Dapat dilihat bahwa perilaku umum semua sampel sangat mirip. Lebih lanjut, permulaan penurunan modulus pada transisi kaca dan pada saat peleburan terjadi pada kisaran suhu yang ketat masing-masing 2°C dan 4°C.

Melihat nilai modulus dari sampel yang berbeda menunjukkan - seperti yang diharapkan - nilai terendah dari PA12 yang rapi (misalnya, 1480 MPa pada 27,5 ° C dan 135 MPa pada 167,7 ° C). Modulus sampel yang diisi dengan 5 vol% bola Cu menunjukkan nilai yang sedikit lebih tinggi. Peningkatan yang signifikan diamati dengan 10 vol% bola Cu, yang menunjukkan bahwa bahkan pengisi dengan rasio aspek = 1 dapat meningkatkan kekakuan material ketika konten pengisi yang cukup tinggi digunakan. Namun, dapat dilihat bahwa nilai modulus tertinggi diperoleh dengan 5 vol% serpihan tembaga (misalnya, 2278 MPa pada 26,7 ° C). Modulus ini pada permulaan transisi kaca adalah 54% lebih tinggi dengan serpihan dibandingkan dengan PA12 yang rapi. Hal ini dapat dijelaskan oleh orientasi utama serpihan pada bidang xy, yang sejajar dengan sumbu pengujian pada perlengkapan lentur. Orientasi serpihan yang dominan ditunjukkan dan dianalisis dalam artikel ini.

Pengaruh pengisi tembaga pada modulus kehilangan dan tan δ

Gambar 2 menunjukkan hasil Modulus kentalModulus kompleks (komponen kental), modulus kehilangan, atau G'', adalah bagian "imajiner" dari sampel dari keseluruhan modulus kompleks. Komponen kental ini menunjukkan respons seperti cairan, atau di luar fase, dari sampel yang sedang diukur. modulus kehilangan E" dan tan δ dari sampel yang sama seperti yang disajikan pada Gambar 1.

Hasil ini juga menunjukkan bahwa karakteristik maksimal tidak bergantung pada variasi sampel yang diteliti.

Cara berhasil memodifikasi kinerja material

Pengukuran mengkonfirmasi bahwa kekakuan komponen SLS meningkat dengan penambahan bahan pengisi terlepas dari rasio aspeknya. Lebih lanjut ditunjukkan bahwa untuk pengisi dengan rasio aspek yang lebih tinggi seperti serpihan Cu, bahkan small konten pengisi dapat memiliki pengaruh yang signifikan seperti peningkatan modulus sebesar 54%. Hal ini dapat digunakan untuk memodifikasi performa material tanpa mengubahnya menjadi polimer yang sama sekali baru, yang mungkin sulit diproses dalam proses SLS.

Tentang Lembaga Teknologi Polimer (LKT)

Institute of Polymer Technology adalah sebuah lembaga penelitian akademis di Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg. Institut ini merupakan salah satu pemimpin dalam penelitian Manufaktur Aditif; khususnya SLS. Bidang penelitian utama lainnya termasuk Desain Ringan dan FRP, Bahan dan Pemrosesan, Teknologi Penggabungan dan Tribologi. Selain fokus penelitian ini, institut ini juga bekerja pada topik lintas disiplin ilmu seperti Peracikan Bahan Pengisi, Simulasi Pemrosesan dan Aplikasi, Termoplastik Tertaut Silang Radiasi, Pemrosesan Lembut, dan banyak lagi.

Sumber

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. Sintering Laser Selektif Poliamida Berisi Tembaga 12: Karakterisasi Sifat Serbuk dan Perilaku Proses, Komposit Polimer, pp. 1801-1809, 2019