Come la capacità termica specifica delle polveri caricate influisce sui parametri di lavorazione SLS

Tali sistemi di riempimento sono costituiti da materiali con una maggiore conducibilità elettrica o termica, come l'alluminio o il rame. Se si ottiene una maggiore conducibilità termica, si possono ottenere applicazioni di gestione termica che possono essere ulteriormente migliorate dalle geometrie complesse possibili con la SLS. Se da un lato le prestazioni modificate sono desiderate nel componente finale, dall'altro l'aggiunta di riempitivi alle polveri SLS ha un effetto sul comportamento di lavorazione e deve essere compresa per portare a termine con successo un lavoro di costruzione.

Perché il rame è adatto

Prendiamo, ad esempio, il rame come buon materiale conduttore di calore. La sua capacità termica specifica è dell'ordine di 0,4 J/g×K. La sua miscelazione con la polvere di PA12 deve portare a una riduzione dellaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica della miscela. Pertanto, la capacità del composto di immagazzinare calore si riduce, il calore viene scaricato più velocemente e il bilancio termico di un edificio può essere modificato. Per saperne di più sulle misure di _cp sulle polveri PA12 non caricate, cliccate qui!

Preparazione dei campioni per l'analisi

In uno studio condotto presso l'Istituto di Tecnologia dei Polimeri (LKT) dell'Università di Erlangen-Norimberga, sono state prodotte e lavorate in una macchina EOS Formiga P110 diverse miscele di sfere e scaglie di rame a contenuto variabile. I campioni variavano sia nella forma del riempimento (sfere e scaglie) sia nel contenuto volumetrico (5 e 10 %).

La densità di ^energia1 di 0,043 ^J/mm2 è stata mantenuta costante per tutti i materiali per rilevare eventuali cambiamenti nel comportamento del processo dovuti alle cariche. Durante la lavorazione, non è stato possibile produrre campioni con il 10 vol% di scaglie di rame. La temperatura di processo per la miscela con le sfere di rame è stata determinata a 167°C e con le scaglie di rame a 173°C, rispettivamente.

Misurazione della capacità termica specifica

NETZSCH È stato utilizzato unDSC 204 F1 Phoenix^® per misurare laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica _{Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp} in funzione della temperatura di queste diverse miscele di polvere di PA12 con particelle di rame rispetto al materiale PA12 puro. Le misurazioni sono state eseguite in conformità alle norme ASTM E1269 e ISO 11357-4.

Dopo una fase iniziale di raffreddamento a -25°C, la temperatura è stata aumentata a 215°C a 10 K/min. Sono stati misurati due diversi campioni ed è stata calcolata la media. La tabella seguente riassume le condizioni di misura.

Tabella 1: Condizioni di misura

Analisi dei dati di misura con un software intelligente

L'analisi nel NETZSCH Proteus^® software è mostrata nella Figura 1. Mostra laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica "apparente" di un campione di PA12 con sfere di rame al 5 vol%, sovrapposta agli effetti 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). fusione e transizione vetrosa.

I dati di _{Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp} possono essere facilmente dedotti da questa curva. Tuttavia, nell'intervallo di temperatura tra 90-190°C, l'effetto dell'aumento del _{Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp} e l'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico dellaTemperature 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 si oppongono. Pertanto, i valori nell'intervallo 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). fusione sono tipicamente interpolati.

La Figura 2 mostra i valori di _{Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp} dopo l'interpolazione per tutti e quattro i campioni.

Come previsto, si può notare che il _cp aumenta con l'aumentare della temperatura. Il contenuto aggiuntivo di rame riduce il _cp e non si rileva alcun effetto della geometria del riempimento. La ricercaarcdi LKT ha anche confermato che la diminuzione del _cp con l'aumento del contenuto di rame segue la regola della miscela. Tuttavia, hanno misurato il _cp solo a 25°C. Le misurazioni in funzione della temperatura mostrate nella Figura 2 indicano inoltre che la pendenza dell'aumento del _cp con la temperatura si riduce leggermente quanto più particelle di rame sono presenti nella miscela.

Le misurazioni confermano che la variazione di _cp può contribuire al maggiore input energetico richiesto durante la stampa 3D. Tuttavia, sono necessarie ulteriori informazioni sulla Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica per valutare l'impatto di entrambi gli effetti sulle condizioni termiche.

Va notato che questo comportamento è universale per tutti i materiali plastici modificati con cariche termoconduttive. Pertanto, è una grandezza importante da misurare per la progettazione e la simulazione dello stampaggio a iniezione di dissipatori di calore o altri componenti necessari per la gestione termica.

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.

^{1Densità energetica}= quantità di energia contenuta in un sistema rispetto al suo volume