Stima delle sollecitazioni residue nelle parti SLS con DMA

Pertanto, la loro precisione dimensionale deve essere elevata per adattarsi bene agli assemblaggi più grandi durante la loro vita utile. Quando si opera a temperature elevate, le tensioni residue possono essere dannose per le prestazioni del pezzo. Per comprendere meglio le sollecitazioni residue, è necessario conoscere il modulo di un materiale.

Il modulo dei materiali, compresi i polimeri, viene tipicamente misurato in prove meccaniche statiche, in cui viene tracciato il comportamento sforzo-deformazione durante una prova di trazione e il modulo di Young viene calcolato come la pendenza della curva tra 0,05...0,25% di deformazione. Può essere utilizzato per l'assicurazione della qualità, lo sviluppo e l'ottimizzazione dei materiali e per alcuni compiti di dimensionamento. Tuttavia, non può essere utilizzato per la progettazione e la simulazione di componenti.

A tal fine, è importante ottenere dati dipendenti dal tempo e dalla temperatura che prevedano il comportamento del materiale durante la vita utile in condizioni di carico realistiche. Il metodo di scelta è l'analisi dinamico-meccanica (DMA), che consente di sottoporre il campione a un carico sinusoidale e di rilevare la risposta viscoelastica del materiale. Variando la temperatura e la frequenza della misura, è possibile analizzare anche la dipendenza dalla temperatura e dal tempo.

Per comprendere lo sviluppo delle proprietà del pezzo SLS durante la stampa, in particolare il ritiro e la deformazione, è necessaria una misura DMA in funzione della temperatura. Durante il ciclo costante di rivestimento in polvere eTemperature 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 laser, la temperatura cambia costantemente all'interno del pezzo e si forma un gradiente di temperatura dal fondo del pezzo verso l'alto. Ciò può causare deformazioni, come spiegato in questo precedente post sull'espansione termica.

Come determinare le sollecitazioni residue con il DMA

Per ottenere i dati sul modulo dipendente dalla temperatura, i campioni di osso di cane sono stati stampati presso l'Istituto di Tecnologia dei Polimeri (LKT) dell'Università di Erlangen-Norimberga con polvere di PA12 utilizzando parametri standard di 0,4 ^J/mm3. I campioni sono stati poi preparati presso NETZSCH Analyzing & Testing tagliando i pezzi centrali di queste ossa di cane a 50 mm di lunghezza, ottenendo così travi di 50 mm x 10 mm x 4,5 mm. Anche se la superficie presenta la tipica rugosità dei pezzi SLS, non è stato effettuato alcun trattamento superficiale aggiuntivo selectperché le superfici erano piano-parallele.

I campioni sono stati quindi caricati nell'attrezzatura di flessione larga 40 mm di NETZSCH DMA 242 E Artemis.libraDopo una fase iniziale di raffreddamento ed equiparazione, i campioni sono stati riscaldati da -50°C a 180°C a 2 K/min, ovvero appena al di sotto 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). temperatura di fusione del materiale. Tutte le condizioni di misura sono riassunte nella tabella seguente:

Tabella 1: Condizioni di misura

La risposta elastica è la più importante

La Figura 2 mostra i risultati delle misure del modulo di accumulo E', 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 fattore di smorzamento tand. Essi mostrano il tipico comportamento di un materiale termoplastico semicristallino. Il 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 mostra un calo alle temperature di transizione, transizione vetrosa eTemperature 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, mentre il 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 tand mostrano un massimo. Il fattore utilizzato per l'analisi viene scelto in base all'effetto di maggiore interesse. Per comprendere il ritiro e l'accumulo di tensioni residue, la risposta elastica (E') è la più importante e sarà analizzata qui.

Con l'aumento della temperatura, il 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 diminuisce continuamente. Il valore di E' a temperatura ambiente è di 1438 MPa. La scheda tecnica del campione misurato mostra tipicamente valori diversi (qui: 1650 MPa) perché il modulo di Young è misurato in trazione. Durante una misurazione DMA in modalità di flessione, sia il carico di compressione che quello di trazione agiscono sul campione, soprattutto quando si misurano campioni più spessi. L'inizio della transizione vetrosa è stato determinato a 27°C. Dopo il calo del modulo, i valori diminuiscono ulteriormente da 500 MPa a 114 MPa all'inizio 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 (167°C).

Mentre il valore 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' appena sotto 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 è molto importante per il successo del processo di stampa, l'intera progressione è importante durante la fase di raffreddamento. A causa della forte variazione del modulo alla transizione vetrosa, il processo di raffreddamento deve essere molto lento (> 12 ore per l'intera costruzione) per ridurre o eliminare la deformazione e l'accumulo di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress residuo durante questa fase. La comprensione di questo comportamento può aiutare a ottimizzare il processo e potenzialmente ad accelerare questa fase del processo che richiede molto tempo.

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.