Jak przygotować części SLS do pomiarów analizy termicznej? LFA

Dlaczego właściwości termofizyczne należy oceniać w różnych kierunkach?

SelectWiele badańarcwykazało, że orientacja budowania próbek w objętości budowania ma wpływ na właściwości mechaniczne części spiekanych laserowo (SLS). Orientacja budowania odnosi się do położenia części w odniesieniu do płaszczyzny nakładania proszku (xy) i ruchu platformy budowania (z), rysunek 1.

W bardzo ogólnym ujęciu można powiedzieć, że części, w których kierunek testowania próbki jest równoległy do płaszczyzny xy kompilacji (jak widać na rysunku 1), są mocniejsze niż części, w których kierunek testowania jest prostopadły do płaszczyzny xy kompilacji (lub równoległy do płaszczyzny zy).

Ze względu na tę kierunkowość właściwości mechanicznych, różne inne właściwości są również najlepiej oceniane w różnych kierunkach; zwłaszcza gdy stosowane są dodatkowe wypełniacze w celu dalszego zwiększenia właściwości. Jedną z takich właściwości jest przewodność cieplna (k). W przypadku części SLS o zwiększonych szybkościach wymiany ciepła w celu zarządzania ciepłem, należy ją również określić jako funkcję różnych orientacji za pomocą laserowej analizy błyskowej (LFA).

Dodawanie wypełniaczy do proszku SLS

Podobnie jak w przypadku typowego przetwarzania polimerów, dodanie wypełniaczy jest wyborem. Jest jednak jedna duża różnica. Rozmiar wypełniacza musi być bardzo small - w tej samej skali co proszki - aby umożliwić uzyskanie jednolitej warstwy podczas powlekania. W przypadku proszków PA12 byłoby to około 60 µm długości.

W przypadku włókien jako wypełniaczy dostępne są obecnie dwie opcje. Jedną z nich jest proszek, w którym włókna są już wbudowane w cząstkę, a drugą jest mieszanie włókien i proszku na sucho. Pierwsza z nich wymaga lub daje nawet krótsze włókna niż 60 µm, ale ich orientacja jest losowa wewnątrz złoża proszku. Mieszanie na sucho powoduje jednak preferencyjną orientację włókien w kierunku nakładania proszku (powszechnie określanym jako kierunek x). Można to również zaobserwować w przypadku innych wypełniaczy: np. płatków w porównaniu do kulek (patrz rysunek 2 poniżej).

Tam, gdzie płatki są w większości zorientowane w płaszczyźnie xy, kule jako izotropowe wypełniacze są równomiernie rozmieszczone w warstwie. Dlatego należy zachować szczególną ostrożność podczas przygotowywania próbek, aby móc wykryć wszelkie efekty wynikające z orientacji podczas powlekania proszkowego.

Jak przygotować części SLS do laserowej analizy błysku?

Metoda laserowa lub błysku światła jest stosowana do pomiaru dyfuzyjności cieplnej wielu różnych materiałów. Przednia powierzchnia płasko-równoległej próbki jest podgrzewana impulsem światła, a wynikający z tego wzrost temperatury na tylnej powierzchni próbki jest rejestrowany w funkcji czasu. Im wyższa dyfuzyjność cieplna, tym szybszy wzrost temperatury dociera do tylnej powierzchni.

Na stronie NETZSCH Analyzing & Testing próbki zostały wycięte na frezarce za pomocą frezu bocznego z próbek kości psa w trzech różnych kierunkach, aby umożliwić analizę operacji powlekania w orientacji wypełniacza, rysunek 1. Jeśli podczas cięcia używane jest chłodzenie medium, próbki należy oczyścić.

Próbki w kierunku z mogą być mierzone jak w standardowym uchwycie próbek, podczas gdy próbki w kierunku x i y muszą być pocięte na paski smaller, obrócone i zmierzone w nowym układzie w uchwycie próbek laminatu, rysunek 3.

Aby upewnić się, że wszystkie paski są płaskie i nie ma żadnych szczelin, zadziory są usuwane wokół krawędzi próbki za pomocą papieru ściernego. Ponieważ próbki w kierunku x i y składają się z pojedynczych pasków, uchwyt próbki laminatu został zaprojektowany tak, aby zamocować paski w odpowiedniej pozycji (rysunek 4).

Ten konkretny uchwyt próbki umożliwia pomiar jednej konkretnej próbki w co najmniej dwóch różnych kierunkach. Na przykład, można zmierzyć próbkę w kierunku z, a następnie pociąć ją na paski i zmierzyć w innym kierunku. Jednak częstszym powodem jest to, że próbki mogą być przygotowane tylko w określonych wymiarach, co często ma miejsce w przypadku próbek typu dogbone lub innych cieńszych części przypominających płyty. W takich przypadkach uchwyt na próbki laminatu jest jedyną opcją.

Tak więc kierunek x wskazuje pomiar w kierunku operacji powlekania od lewej do prawej lub odwrotnie; y jest w tej samej płaszczyźnie xy, ale w kierunku prostopadłym do powłoki od przodu do tyłu i odwrotnie; z jest kierunkiem grubości warstwy.

Wymiary próbek w kierunku x i y wynoszą zatem 12,6×12,6×2 ^mm3, a w kierunku z 12,6×12,6×4 ^mm3 (tylko czysta próbka PA12 ma tak niską dyfuzyjność cieplną, a tym samym zbyt długi czas pomiaru przy grubości 4 mm, że próbka została zmielona do grubości 2,4 mm).

Kolejne etapy przygotowania są niezbędne dla wszystkich próbek, których tekstura powierzchni lub stopień przezroczystości może mieć wpływ na odbicie wiązki laserowej.

Powierzchnia próbek SLS ma szorstką teksturę w porównaniu do części formowanych wtryskowo ze względu na surowiec proszkowy i proces. Ponieważ laserowa analiza błyskowa jest metodą optyczną, która wymaga wyeliminowania odbicia, próbki są natryskiwane cienką warstwą grafitu, który ma wysoką chłonność dla impulsu energii LFA. Przeczytaj więcej o idealnym sposobie powlekania próbek w AN0066.

Próbki przygotowane w ten sposób można następnie załadować w tych uchwytach do urządzenia LFA i przetestować. Procedura pomiarowa i wyniki zostały wyjaśnione w tym artykule!