
31.05.2021 by Dr. Natalie Rudolph, Dr. Stefan Schmölzer
충전된 분말의 비열 용량이 SLS 공정 파라미터에 미치는 영향
필러를 사용하여 선택적 레이저 소결(SLS) 분말을 수정하는 것은 새로운 분말 재료 없이도 생산된 부품의 특성을 수정할 수 있는 좋은 방법입니다. 구리 필러가 가공 거동에 미치는 영향을 평가하는 방법을 알아보세요.
이러한 필러 시스템은 알루미늄이나 구리와 같이 전기 또는 열 전도성이 높은 소재입니다. 더 높은 열전도율을 달성하면 SLS로 가능한 복잡한 형상을 통해 열 관리 애플리케이션을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 최종 구성 요소에서 변경된 성능을 원하지만, SLS 파우더에 필러를 추가하는 것도 처리 동작에 영향을 미치므로 빌드 작업을 성공적으로 완료하려면 이를 이해해야 합니다.
구리가 적합한 이유
예를 들어 구리를 좋은 열 전도성 물질로 생각해보세요. 구리의 비열 용량은 0.4 J/g×K 범위입니다. 이를 PA12 분말과 혼합하면 혼합물의 비열 용량이 감소해야 합니다. 따라서 열을 저장하는 화합물의 능력이 감소하고 열이 더 빨리 방출되며 빌드의 열 균형이 변경될 수 있습니다. 여기에서 비충진 PA12 파우더의CP 측정에 대해 자세히 알아보세요!
분석을 위한 샘플 준비
에를랑겐-뉘른베르크 대학 고분자 기술 연구소(LKT)의 연구에서는 다양한 함량의 구리 구와 플레이크의 다양한 혼합물을 생산하고 EOS Formiga P110 기계에서 처리했습니다. 샘플은 필러의 형태(구형 및 플레이크)와 부피 함량(5% 및 10%)이 모두 다양했습니다.
필러로 인한 공정 거동의 변화를 감지하기 위해 모든 재료에 대해 0.043 J/mm2의 에너지 밀도1를 일정하게 유지했습니다. 공정 중에 구리 플레이크가 10%인 샘플은 생성되지 않았습니다. 구리 구체를 사용한 혼합물의 공정 온도는 167°C, 구리 플레이크를 사용한 혼합물의 공정 온도는 173°C로 각각 결정되었습니다.
비열 용량 측정
NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® 을 사용하여 깔끔한 PA12 재료와 비교하여 이러한 다양한 혼합물과 구리 입자의 비열 용량비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp를 온도에 따라 측정했습니다. 측정은 ASTM E1269 및 ISO 11357-4에 따라 수행되었습니다.
초기 냉각 단계를 -25°C로 진행한 후 10K/min으로 온도를 215°C까지 올렸습니다. 두 개의 서로 다른 샘플을 측정하고 평균을 계산했습니다. 다음 표에는 측정 조건이 요약되어 있습니다.
표 1: 측정 조건
샘플 팬 | Concavus®알루미늄, 피어싱 뚜껑 |
시료 질량 | 11.55 mg |
교정 기준 | 사파이어 |
기준 팬 | Concavus®알루미늄, 피어싱 뚜껑 |
분위기 | N2 |
가스 유량 | 40 ml/min |
온도 범위 및 가열 속도 | -10 K/min에서 25 ... 215°C |
스마트 소프트웨어로 측정 데이터 분석하기
소프트웨어의 분석은 NETZSCH Proteus® 소프트웨어의 분석은 그림 1에 나와 있습니다. 용융 및 유리 전이에 대한 효과가 겹쳐진 5 vol% 구리 구체를 가진 PA12 샘플의 '겉보기' 비열 용량을 보여줍니다.

이 곡선에서비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 데이터를 쉽게 추론할 수 있습니다. 그러나 90-190°C 사이의 온도 범위에서는비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 증가의 효과와 용융의 흡열 효과가 서로 상반됩니다. 따라서 일반적으로 녹는 범위의 값은 보간됩니다.
그림 2는 네 가지 샘플 모두에 대한 보간 후의비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 값을 보여줍니다.

예상대로 온도가 상승함에 따라CP가 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 구리 함량이 증가하면cp가 감소하고 필러 형상의 영향은 감지할 수 없습니다. LKT의 연구원들은 구리 함량이 증가함에 따라cp가 감소하는 것이 혼합 법칙을 따른다는 사실도 확인했습니다. 하지만 25°C에서만cp를 측정했습니다. 그림 2에 표시된 온도 의존적 측정값은 혼합물에 구리 입자가 많을수록 온도에 따른cp 증가의 기울기가 약간 감소한다는 것을 추가로 보여줍니다.
이 측정은cp의 변화가 3D 프린팅 시 필요한 더 높은 에너지 입력에 기여할 수 있음을 확인시켜 줍니다. 그러나 열 조건에 대한 두 가지 영향의 영향을 평가하려면 열 전도성에 대한 추가 정보가 필요합니다.
이 동작은 열 전도성 필러로 수정된 모든 플라스틱 소재에 보편적으로 적용된다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 열 관리에 필요한 방열판 또는 기타 부품의 사출 성형 시뮬레이션뿐만 아니라 설계를 위해 측정해야 하는 중요한 양입니다.
고분자 기술 연구소 (LKT) 소개
폴리머 기술 연구소는 에를랑겐-뉘른베르크 프리드리히 알렉산더 대학교의 학술 연구 기관입니다. 적층 제조 연구, 특히 SLS 분야의 선두주자 중 하나입니다. 주요 연구 분야로는 경량 설계 및 FRP, 재료 및 가공, 접합 기술 및 마찰학 등이 있으며, 이러한 연구 분야 외에도 충전재 컴파운딩, 가공 및 응용 시뮬레이션, 방사선 가교 열가소성 플라스틱, 부드러운 가공 등과 같은 학제 간 주제에 대한 연구도 진행하고 있습니다.
1에너지밀도 = 시스템의 부피 대비 에너지 함유량

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