Come i riempitivi influenzano il comportamento di cristallizzazione delle polveri SLS

Una richiesta potrebbe essere una maggiore duttilità (ad esempio, PA11), altre potrebbero essere una migliore stabilità dimensionale (ad esempio, aggiunta di microsfere di vetro), una maggiore conducibilità elettrica o termica (ad esempio, cariche come alluminio o rame) o una maggiore rigidità e resistenza (ad esempio, aggiunta di fibre di vetro o carbonio).

I riempitivi agiscono come siti di nucleazione

L'aggiunta di qualsiasi carica alla polvere SLS ha tipicamente un effetto sul comportamento di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione, poiché le superfici delle cariche agiscono come siti di nucleazione eterogenei. Le cariche conduttive possono anche influenzare la temperatura del materiale e quindi mostrare un comportamento ulteriormente modificato.le misure di calorimetria dinamica a scansione differenziale (DSC) possono fornire una prima indicazione di un comportamento modificato, che può essere ulteriormente analizzato attraverso misure isotermiche alla temperatura di costruzione o vicino ad essa.

Aggiunta di riempitivi di rame conduttivi

Per comprendere l'effetto delle cariche conduttive, la ricercaarcdell'Istituto di Tecnologia dei Polimeri (LKT) dell'Università di Erlangen-Nuremburg ha sperimentato le cariche di rame [1]. Hanno utilizzato diverse miscele di sfere e scaglie di rame (Figura 1) in quantità variabili e hanno analizzato il comportamento di lavorazione e le proprietà conduttive risultanti, con l'obiettivo di generare componenti complessi per la gestione termica. Sono stati preparati diversi campioni aggiungendo alla polvere di PA12 sfere di rame in quantità pari a 5 e 10 vol. e fiocchi di rame in quantità pari a 5 vol. La densità di energia di 0,043 ^J/mm2 è stata mantenuta costante per tutti i materiali per rilevare eventuali cambiamenti nel comportamento del processo dovuti ai riempitivi.

Determinazione della finestra di processo e del comportamento di cristallizzazione della polvere di PA12 con particelle di rame

All'indirizzo NETZSCH Analyzing & Testing, è stato utilizzato un DSC 214 Polyma per analizzare la finestra di processo e il comportamento di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione di queste diverse miscele di polvere di PA12 con particelle di rame rispetto al materiale PA12 puro.

Per ogni misurazione, un campione di 5 mg è stato tagliato e posto in una vaschetta di alluminio con fondo concavo (Concavus^®al) e coperchio chiuso. Il campione è stato raffreddato a -20°C dalla temperatura ambiente per iniziare la misurazione. È stato poi riscaldato a 200°C con una velocità di riscaldamento di 10 K/min e raffreddato alla stessa velocità di 10 K/min fino a -20°C.

La tabella seguente riassume le condizioni di misura.

Tabella 1: Condizioni di misura

I risultati per la PA12 pulita sono stati discussi in dettaglio in questo precedente blogpost!

Cambiamenti nel comportamento di cristallizzazione

Nella Figura 2 sono rappresentati i risultati del^primo riscaldamento e raffreddamento per tutti e 4 i campioni. Come si può notare, il picco diTemperature 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 non è influenzato dall'aggiunta delle cariche (la differenza di area è legata al diverso contenuto di cariche e non è stata normalizzata in questo grafico).

Tuttavia, si può notare che la temperatura del picco di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione e l'inizio della CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione si spostano verso temperature più elevate con l'aumento del contenuto di cariche.

Il picco si sposta da 145,8°C per il materiale puro a 149,1°C per 5 vol. di cariche di rame e a 151,3°C per 10 vol., rispettivamente.

Si può concludere che le cariche agiscono come siti di nucleazione e accelerano laCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione. Questo porta a una finestra di processo leggermente ridotta e deve essere tenuto in considerazione durante la selectdelle condizioni di lavorazione.

Un effetto simile è stato osservato da WILO SE, fornitore di pompe e sistemi di pompaggio di alta qualità per fibre di vetro e carbonio. Leggete qui il caso di studio!

Conoscere meglio il comportamento di cristallizzazione

Ulteriori studi sul comportamento dellaCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione isoterma possono essere utili per comprendere meglio questo comportamento. Qui viene fornita una descrizione dettagliata della procedura di misurazione per la polvere di PA12 non caricata.

La ricercaarcdi LKT ha eseguito questi ulteriori studi isotermici a 165°C sui campioni riempiti di rame e ha scoperto che il tempo di dimezzamento dellaCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione si riduce a causa dell'aggiunta di cariche, confermando ulteriormente l'effetto di nucleazione. L'intero studio è disponibile qui [Open Access]!

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.