Come i riempitivi aumentano il comportamento isotropo o anisotropo delle parti SLS attraverso il loro allineamento

I polimeri si ritirano. La maggior parte del ritiro avviene durante la fase di raffreddamento della lavorazione del polimero. Un modo per ridurre la contrazione è l'aggiunta di cariche. I vantaggi sono stati illustrati in un precedente articolo.

L'aggiunta di cariche determina un aumento delle prestazioni meccaniche. Sebbene sia necessaria una lunghezza critica delle cariche per avere un effetto sulla resistenza dei componenti, la rigidità aumenta già con cariche con rapporti di aspetto small. In uno studio condotto dall'Istituto di Tecnologia dei Polimeri dell'Università di Erlangen-Norimberga [1], le cariche di rame termicamente conduttive sono state miscelate con polvere di PA12 in quantità variabili per valutare la variazione delle proprietà e delle prestazioni.

Analizzare le variazioni di rigidità con l'analisi meccanica dinamica

Per capire come la rigidità o il modulo cambiano in funzione della geometria e del contenuto del riempimento, si può ricorrere all'analisi meccanica dinamica (DMA). All'indirizzo NETZSCH Analyzing & Testing, i campioni non riempiti e quelli riempiti con sfere di rame (5 e 10 vol.) e fiocchi di rame (5 vol.) sono stati analizzati utilizzando il DMA 242 E Artemis di NETZSCH.

Preparazione del campione e condizioni di misura

Campioni di 50mmx10mmx4,5 mm sono stati tagliati da campioni di osso di cane. È necessario prestare particolare attenzione affinché lo spessore del campione sia uniforme, poiché questo metodo di misurazione è molto sensibile a qualsiasi deviazione. Nel processo SLS, ad esempio, può verificarsi una crescita laterale dei pezzi quando laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione all'interno del letto di polvere è così calda che le particelle solide iniziano a sinterizzare sulla superficie. Questo non è stato osservato in questi campioni e quindi non sono stati necessari ulteriori trattamenti superficiali.

Per la misurazione, i campioni sono stati caricati nel dispositivo di flessione largo 40 mm.libraDopo una fase iniziale di raffreddamento ed equiparazione, i campioni sono stati riscaldati da -50°C a 180°C a una velocità di 2 K/min, che è appena inferiore allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione del materiale e copre tutte le possibili condizioni di servizio. Tutte le condizioni di misura sono riassunte nella tabella seguente:

Tabella 1: Condizioni di misura

Influenza delle cariche di rame sul modulo di stoccaggio

I risultati del PA12 puro e il loro effetto sulla deformazione dei pezzi SLS sono disponibili qui.

Il grafico in Figura 1 mostra la curva del Elasticità e modulo di elasticitàL'elasticità della gomma o elasticità dell'entropia descrive la resistenza di qualsiasi sistema di gomma o elastomero contro una deformazione o uno sforzo applicato dall'esterno. modulo di accumulo E' per il PA12 puro e per i campioni con sfere di rame al 5 e 10 vol. e fiocchi di rame al 5 vol. Si può notare che il comportamento generale di tutti i campioni è molto simile. Inoltre, l'insorgenza della caduta del modulo alla transizione vetrosa e allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione avviene in intervalli di temperatura ristretti, rispettivamente di 2°C e 4°C.

L'esame dei valori di modulo dei diversi campioni mostra, come previsto, i valori più bassi della PA12 pura (ad esempio, 1480 MPa a 27,5°C e 135 MPa a 167,7°C). Il modulo dei campioni riempiti con sfere di Cu al 5 vol. mostra valori leggermente superiori. Un aumento significativo si osserva con sfere di Cu al 10 vol%, il che dimostra che anche i riempitivi con rapporto d'aspetto = 1 possono aumentare la rigidità del materiale quando si utilizza un contenuto di riempitivo sufficientemente elevato. Tuttavia, si può notare che i valori più alti del modulo si ottengono con scaglie di rame al 5 vol% (ad esempio, 2278 MPa a 26,7°C). Il modulo all'inizio della transizione vetrosa è superiore del 54% con le scaglie rispetto alla PA12 pura. Ciò può essere spiegato dall'orientamento predominante dei fiocchi nel piano xy, che è allineato con l'asse di prova nell'attrezzatura per la flessione. L'orientamento predominante dei fiocchi è stato mostrato e analizzato in questo articolo.

Influenza delle cariche di rame sul modulo di perdita e sul tan δ

La Figura 2 mostra i risultati del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita E" e del tan δ degli stessi campioni presentati in Figura 1.

Questi risultati mostrano anche che i massimi caratteristici sono indipendenti dalle variazioni del campione esaminato.

Come modificare con successo le prestazioni dei materiali

Le misurazioni confermano che la rigidità dei pezzi SLS aumenta con l'aggiunta di cariche, indipendentemente dal loro rapporto d'aspetto. È stato inoltre dimostrato che per le cariche con rapporti d'aspetto più elevati, come le scaglie di Cu, anche small contenuto di cariche può avere un'influenza significativa, come un aumento del 54% del modulo. Questo può essere utilizzato per modificare le prestazioni del materiale senza passare a un polimero completamente nuovo, che potrebbe essere difficile da lavorare nel processo SLS.

Informazioni sull'Istituto di tecnologia dei polimeri (LKT)

L'Istituto di Tecnologia dei Polimeri è un istituto accademico di ricercaarcdell'Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Norimberga.arcÈ uno dei leader nella ricerca sulla manifattura additiva, in particolare sull'SLS.arcarcOltre a queste aree di ricerca, l'istituto lavora anche su temi interdisciplinari come la composizione dei materiali di riempimento, la simulazione della lavorazione e delle applicazioni, i termoplastici reticolati a radiazione, la lavorazione delicata e molti altri.

Fonti

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., Selective Laser Sintering of Copper Filled Polyamide 12: Characterization of Powder Properties and Process Behavior, Polymer Composites, pp. 1801-1809, 2019