pencetakan 3D: Kinetika Kristalisasi Poliamida 12 selama Sintering Laser Selektif

Powder Bed Fusion (PBF), juga disebut Selective Laser SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. Sintering (SLS), adalah teknologi konstruksi lapis demi lapis objek 3D, di mana sinar laser secara selektif menelusuri area yang telah ditentukan sebelumnya pada lapisan bubuk. Sinar laser menyebabkan bubuk meleleh dan pada aplikasi lapisan bubuk berikutnya (yang lebih dingin), sinar laser dapat memulai KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi. Proses ini diulangi sampai seluruh bagian telah dibuat. Penjelasan lengkap tentang proses ini dapat ditemukan di artikel blog kami tentang SLS [2].

Salah satu bahan yang paling banyak digunakan adalah PA12, tetapi modifikasi atau bahan lain dengan sifat yang lebih baik atau berbeda terus dikembangkan.

Sebelum bekerja dengan bahan baru, sangat penting untuk mengetahui perilaku KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi bahan baru untuk menemukan suhu optimal untuk proses SLS. Temperatur ini adalah salah satu parameter utama proses SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering, yang mempengaruhi kecepatan SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering serta kualitas produk akhir. Pendekatan coba-coba yang umum dilakukan sangat memakan waktu dan mahal. Sebaliknya, kualifikasi material baru dapat dilakukan dengan lebih cepat menggunakan perangkat lunak Kinetics Neo untuk pemodelan kinetik laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi berdasarkan data Differential Scanning Calorimetry (DSC), yang diikuti dengan simulasi proses untuk profil suhu yang berbeda.

Pertama, pengukuran DSC eksperimental dilakukan, diikuti dengan analisis kinetika pada data ini untuk membuat model kinetik. Terakhir, model ini digunakan saat mensimulasikan berbagai skenario suhu pemrosesan untuk menemukan yang paling optimal.

Eksperimental

DSC memungkinkan penentuan suhu peleburan dan kristalisasi selama pemanasan dan pendinginan. Temperatur ini menentukan jendela proses temperatur kerja untuk teknologi SLS [1]. Namun, suhu ini bergantung pada laju pemanasan dan pendinginan karena kedua proses tersebut bergantung pada waktu. Untuk laju pemanasan dan pendinginan yang lebih rendah, jendela proses akan berkurang. Hal ini membutuhkan pengukuran IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal [2].

Pengukuran IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal memberikan informasi tentang laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasiIsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal pada suhu yang berbeda. Laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi ini bergantung pada tingkat supercooling suatu material. Sebagai contoh, semakin rendah suhu, semakin tinggi tingkat supercooling dan oleh karena itu, semakin tinggi laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi. Ketergantungan ini terlihat jelas pada pengukuran eksperimental untuk PA12, yang dilakukan dengan DSC 214 Polyma (Gbr.1). Percobaan dilakukan pada sampel PA12 dengan massa sekitar 5 mg dalam panci aluminium (Concavus^® Al) dengan tutup tertutup di bawah nitrogen. Segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang ditunjukkan di sini mengikuti jalur pendinginan cepat dari suhu di atas 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.

Analisis Kinetik

Analisis kinetik dari pengukuran KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasiisotermal DSC, pada suhu yang berbeda, dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Kinetika NeoNETZSCH . Perangkat lunak ini menyediakan satu model kinetik yang bergantung pada waktu dan suhu, yang dapat menggambarkan semua kurva eksperimental pada suhu yang berbeda. Model ini menghitung laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dengan persamaan kinetik:

Dalam analisis IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermalKristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi, ketergantungan pertama biasanya diwakili oleh persamaan Avrami, yang mewakili laju nukleasi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi.

Versi yang diperluas dari persamaan Avrami (4, lihat akhir artikel) adalah persamaan Sestak-Berggren (5, lihat akhir artikel). Persamaan yang diperluas ini digunakan dalam analisis saat ini karena memberikan kecocokan yang lebih baik untuk data eksperimen

Ketergantungan K(T) dalam Persamaan (1) adalah persamaan Arrhenius formal sebagai fungsi penurunan suhu dengan eksponen awal A dan energi aktivasi semu E:

Model kinetik ini (Persamaan 1) menyajikan ketergantungan laju KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi saat ini pada suhu dan tingkat KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi saat ini.

Persamaan ini mengandung parameter yang tidak diketahui, yang ditemukan oleh perangkat lunak untuk menentukan kecocokan terbaik untuk kurva eksperimental.

Jika simulasi ini dilakukan untuk kondisi suhu eksperimen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal dengan parameter optimal, akan ada kesesuaian yang sangat baik antara eksperimen dan simulasi dengan^{R2 = 0},998. Pada Gambar 2, titik-titik mewakili data eksperimen dan garis-garis solid, simulasi, sesuai dengan Persamaan (1,3,4).

Simulasi

Model tunggal ini sekarang bekerja untuk suhu yang berbeda. Oleh karena itu, model ini dapat digunakan untuk simulasi KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dalam proses SLS. Profil suhu permukaan serbuk dapat diukur selama beberapa siklus. Kami kemudian dapat menjalankan simulasi proses KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi untuk lapisan bubuk ini. Dapat diasumsikan bahwa setiap lapisan bawah memiliki profil suhu yang sama, tetapi dengan suhu yang sedikit berkurang karena aplikasi bubuk untuk setiap lapisan. Dengan demikian, seseorang dapat mensimulasikan proses KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi satu lapisan selama beberapa siklus laser. Gambar 3 menyajikan simulasi tingkat KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi selama 5 siklus di mana untuk setiap siklus atau lapisan baru, suhu dikurangi 2 K.

Kami melihat bahwa satu lapisan tidak dapat sepenuhnya mengkristal selama batasan waktu satu siklus, ketika lapisan ini berada di atas tempat tidur bubuk. Namun, KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi terus berlanjut selama proses SLS, karena setiap siklus menghasilkan lapisan lebih lanjut. KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.Kristalisasi selama beberapa siklus adalah salah satu keuntungan dari SLS, ketika objek 3D yang dihasilkan memiliki daya rekat lapisan yang sangat kuat dan sifat mekanik isotropik ke segala arah seperti kekerasan, kekuatan tarik, dan perpanjangan [3].

Namun demikian, jika ketebalan lapisan serbuk ditingkatkan, maka perbedaan suhu di antara lapisan akan lebih tinggi. Hal ini dapat terjadi selama SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. sintering kecepatan tinggi. Simulasi selama 5 siklus dengan perbedaan suhu 5 K (Gambar 4) menunjukkan bahwa kristalisasi utama sudah selesai selama siklus kedua, sedangkan lapisan ketiga sudah padat. KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.Kristalisasi yang tidak sinkron ini dapat menjadi penyebab terjadinya tekanan mekanis, lengkungan atau keriting pada sampel karena penyusutan selama proses SLS. Selain itu, menggunakan lapisan bubuk yang tebal dapat menurunkan isotropi bahan akhir.

Kesimpulan

KombinasiNETZSCH Kinetika Neo dengan DSC membantu dalam mempelajari tingkat kristalisasi bahan (polimer) dan mensimulasikan perilakunya untuk proses industri yang kompleks seperti pencetakan 3D dengan teknologi Selective Laser SinteringSintering adalah proses produksi untuk membentuk bodi yang kuat secara mekanis dari serbuk keramik atau logam. Sintering. Hal ini sangat berharga untuk mencari kondisi suhu yang optimal untuk material baru yang digunakan dalam SLS.

Baca juga / Sumber:

1. https://ta-NETZSCH.com/cara-menentukan-jendela-proses-untuk-serbuk-sls-menggunakan-dsc
2. https://ta-NETZSCH.com/cara-mempelajari-perilaku-kristalisasi-isotermal-serbuk-sls-menggunakan-dsc
3. https://3dinsider.com/sls-printing/
4. https://doi.org/10.1016/j.tca.2011.03.034
5. https://doi.org/10.1016/0040-6031(71)85051-7