Pengaruh Pengisi Isotropik pada Penyusutan Bagian SLS

Polimer menyusut. Sebagian besar penyusutan terjadi selama langkah pendinginan pemrosesan polimer. Tergantung pada kondisi pemrosesan, bagian plastik yang sudah jadi dapat terus menyusut sangat sedikit sampai suhu dan kadar air stabil, atau selama penggunaan, jika terjadi efek KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi ulang atau RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi. Cara untuk mengurangi penyusutan dan meningkatkan stabilitas dimensi polimer adalah dengan penambahan bahan pengisi anorganik. Meskipun hal ini telah menjadi praktik umum dalam pemrosesan polimer konvensional, hal ini juga telah diambil oleh komunitas Manufaktur Aditif; misalnya, dalam proses Selective Laser SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. Sintering (SLS).

Pengisi yang cocok untuk Manufaktur Aditif: Manik-manik kaca

Untuk mendapatkan pengurangan penyusutan yang maksimum, tetapi interaksi dengan pemrosesan serendah mungkin, dapat digunakan bahan pengisi berbentuk manik-manik yang isotropik yang memiliki ukuran atau distribusi ukuran yang sama dengan bubuk polimer itu sendiri.

Bahan pengisi yang digunakan dalam SLS adalah manik-manik kaca dan khususnya manik-manik kaca berongga yang tidak menangkal potensi bobot ringan polimer.

Ekspansi termal dari sistem yang terisi (_ac) mengikuti secara kasar aturan campuran:

_{αc=αm∙Vm+αf∙Vf}

di mana m menunjukkan matriks, f menunjukkan pengisi dan V adalah fraksi volume dalam %.

sampel pencetakan 3D dari bubuk PA12 yang diisi dengan kaca

Sampel-sampel tersebut dipersiapkan sebagai bagian dari studi [1] oleh para peneliti di Polymer Engineering Center (PEC) di University of Wisconsin-Madison. Mereka menggunakan campuran manik-manik kaca yang berbeda (densitas sebenarnya = 0,456 ^g/cm3) dengan bubuk PA12 (densitas = 0,95 ^g/cm3) dalam printer SLS desktop Sinterit Lisa dengan laser dioda, alih-alih laser_CO2 yang biasa digunakan. Suhu alas cetak ditetapkan ke 177,5°C.

Cara menentukan ekspansi termal dari sampel cetakan 3D

Di NETZSCH Analyzing & Testing, sampel yang tidak terisi serta sampel yang terisi dengan manik-manik kaca berongga 5 wt% dianalisis menggunakan NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion^®. Untuk menentukan koefisien muai panas (CTE), sampel dipotong dari spesimen tulang anjing dalam tiga arah yang berbeda, Gambar 1.

Dimensi sampel dalam arah x dan y adalah 10x5x3,2 ^mm3 dan dalam arah z 3,2x5x5 ^mm3. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan sampel yang disiapkan untuk pengukuran TMA adalah 0,974 ^g/cm3 untuk yang tidak terisi dan 0,932 ^g/cm3 untuk sampel dengan 5% berat pengisi. Ini menunjukkan bahwa KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan dan dengan demikian berat suatu bagian tidak terpengaruh oleh penambahan manik-manik kaca.

Ekspansi termal diukur dalam kisaran dari -20 hingga 170ºC pada laju pemanasan 5 K/menit. Semua kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel berikut ini:

Tabel 1: Kondisi pengukuran

Ekspansi termal isotropik

Grafik yang dihasilkan untuk pengukuran sampel dengan 5 wt% manik-manik kaca ditunjukkan pada Gambar 2. Terlihat bahwa ekspansi termal hampir isotropik seperti yang diharapkan dengan pengisi 3D dengan rasio aspek mendekati 1. Namun demikian, terlihat juga bahwa ekspansi melalui ketebalan bagian dalam arah-z lebih rendah dibandingkan dengan dua arah lainnya. Hal ini bisa jadi terkait dengan efek porositas di antara lapisan atau perubahan kekuatan ikatan di dalam lapisan dibandingkan dengan di antara lapisan.

Indikasi validitas asumsi ini diberikan oleh hasil pengujian mekanis tambahan dari penelitian [1]. Para peneliti menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kandungan filler hingga 5 wt%, kerapuhan sampel meningkat karena adanya porositas.

Para penulis juga menunjukkan bahwa pengisi bertindak sebagai tempat nukleasi dan memengaruhi perilaku KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi bubuk PA12 [1]. Efek yang sama diamati dengan bola tembaga sebagai pengisi dan analisis DSC yang diperlukan dijelaskan di sini!

Tentang Pusat Rekayasa Polimer

Minat penelitian di PEC berkisar dari plastik tradisional dan komposit polimer/logam hingga polimer berbasis bio, dan komposit; dari proses konvensional hingga proses yang sedang berkembang dan inovatif; dari pemodelan geometris dan pembuatan prototipe hingga kontrol proses dan otomatisasi; dari film nano dan nanokomposit hingga plastik mikro; serta dari pemodelan dan simulasi tingkat lanjut hingga alat berbasis Internet dan Web untuk desain dan manufaktur.

Sumber

[1] Klett, J., Osswald, TA, Cholewa, S., Investigasi gelembung kaca iM16K poliamida 12 komposit untuk Selective Laser SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. Sintering, konferensi ANTEC 2020, 31 Maret 2020