Jak wypełniacze wpływają na krystalizację proszków SLS?

Jednym z wymagań może być wyższa plastyczność (np. PA11), innym może być lepsza stabilność wymiarowa (np. dodatek szklanych kulek), wyższa Przewodność elektryczna (SBA)Przewodność elektryczna to właściwość fizyczna określająca zdolność materiału do umożliwienia transportu ładunku elektrycznego.przewodność elektryczna lub cieplna (np. wypełniacze takie jak aluminium lub miedź) lub zwiększona sztywność i wytrzymałość (np. dodatek włókien szklanych lub węglowych).

Wypełniacze działają jak miejsca zarodkowania

Dodanie dowolnego wypełniacza do proszku SLS zazwyczaj ma wpływ na zachowanie krystalizacji, ponieważ powierzchnie wypełniaczy działają jako heterogeniczne miejsca zarodkowania. Wypełniacze przewodzące mogą również wpływać na temperaturę materiału, a tym samym wykazywać dodatkowo zmienione zachowanie.pomiary dynamicznej różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC ) mogą stanowić pierwsze wskazanie zmienionego zachowania, które można następnie przeanalizować za pomocą pomiarów izotermicznych w temperaturze wytwarzania lub zbliżonej do niej.

Dodawanie przewodzących wypełniaczy miedzianych

Aby zrozumieć wpływ wypełniaczy przewodzących, badacze zarcInstytutu Technologii Polimerów (LKT) na Uniwersytecie Erlangen-Nuremburg eksperymentowali z wypełniaczami miedzianymi [1]. Zastosowali różne mieszanki miedzianych kulek i płatków (rysunek 1) o różnej zawartości i przeanalizowali zachowanie podczas przetwarzania, a także wynikające z tego właściwości przewodzące w celu wytworzenia złożonych komponentów do zarządzania ciepłem. Różne próbki zostały przygotowane przez dodanie kulek miedzianych w ilości 5 i 10% objętościowych oraz płatków miedzianych w ilości 5% objętościowych do proszku PA12. Gęstość energii 0,043 ^J/mm2 była utrzymywana na stałym poziomie dla wszystkich materiałów, aby wykryć wszelkie zmiany w zachowaniu procesu spowodowane wypełniaczami.

Określenie okna procesowego i zachowania krystalizacyjnego proszku PA12 z cząstkami miedzi

Na stronie NETZSCH Analyzing & Testing, DSC 214 Polyma został użyty do analizy okna procesowego i zachowania krystalizacji tych różnych mieszanin proszku PA12 z cząstkami miedzi w porównaniu do czystego materiału PA12.

Dla każdego pomiaru, próbka 5 mg została wycięta i umieszczona w aluminiowej szalce z wklęsłym dnem (Concavus^®al) i zamkniętą pokrywką. Próbka została schłodzona od temperatury pokojowej do rozpoczęcia pomiaru w temperaturze -20°C. Następnie podgrzano ją do 200°C z szybkością ogrzewania 10 K/min i schłodzono z taką samą szybkością chłodzenia 10 K/min do -20°C.

Poniższa tabela podsumowuje warunki pomiaru.

Tabela 1: Warunki pomiaru

Wyniki dla czystego PA12 zostały szczegółowo omówione w poprzednim wpisie na blogu!

Zmiany w zachowaniu krystalizacyjnym

Na rysunku 2 przedstawiono wyniki^pierwszego ogrzewania i chłodzenia dla wszystkich 4 próbek. Jak widać, dodanie wypełniaczy nie ma wpływu na szczytową temperaturę topnienia (różnica w obszarze jest związana z różną zawartością wypełniacza i nie została znormalizowana na tym wykresie).

Można jednak zauważyć, że szczytowa temperatura krystalizacji, jak również początek krystalizacji są przesunięte do wyższych temperatur wraz ze wzrostem zawartości wypełniacza.

Wartość szczytowa przesuwa się z 145,8°C dla czystego materiału do 149,1°C dla wypełniaczy miedzianych o zawartości 5% obj. i odpowiednio do 151,3°C dla wypełniaczy o zawartości 10% obj.

Można wywnioskować, że wypełniacze działają jako miejsca zarodkowania i przyspieszają krystalizację. Prowadzi to do nieznacznego zmniejszenia okna procesowego i musi być wzięte pod uwagę podczas selectjonowania warunków przetwarzania.

Podobny efekt zaobserwowała firma WILO SE, dostawca pomp i systemów pompowych klasy premium do włókien szklanych i węglowych. Przeczytaj studium przypadku tutaj!

Lepsze zrozumienie zachowania podczas krystalizacji

Dodatkowe badania zachowania krystalizacji izotermicznej mogą być przydatne do jeszcze lepszego zrozumienia tego zachowania. Szczegółowy opis procedury pomiarowej podano tutaj dla niewypełnionego proszku PA12.

arcNaukowcy z LKT przeprowadzili dodatkowe badania izotermiczne w temperaturze 165°C na próbkach wypełnionych miedzią i stwierdzili, że czas krystalizacji ulega skróceniu z powodu dodania wypełniaczy, co dodatkowo potwierdza efekt zarodkowania. Całe badanie można znaleźć tutaj [Open Access]!

O Instytucie Technologii Polimerów (LKT)

Instytut Technologii Polimerów to akademicki instytut badawczyarch na Uniwersytecie Friedricha-Alexandra w Erlangen-Norymberdze.arcJest jednym z liderów w dziedzinie badań nad wytwarzaniem przyrostowym, w szczególności SLS. Inne główne obszary badańarch obejmują projektowanie lekkich konstrukcji i FRP, materiały i przetwarzanie, technologię łączenia i trybologię. Oprócz tych badańarch instytut pracuje również nad interdyscyplinarnymi tematami, takimi jak mieszanie materiałów wypełniających, symulacja przetwarzania i zastosowań, termoplasty sieciowane promieniowaniem, delikatne przetwarzanie i wiele innych.

Źródła

[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.