Como a capacidade térmica específica de pós preenchidos afeta os parâmetros de processamento de SLS

Esses sistemas de preenchimento são materiais com maior Condutividade elétrica (SBA)A condutividade elétrica é uma propriedade física que indica a capacidade de um material de permitir o transporte de uma carga elétrica.condutividade elétrica ou térmica, como alumínio ou cobre. Se for obtida uma Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica mais alta, as aplicações de gerenciamento térmico estarão ao alcance, podendo ser ainda mais aprimoradas pelas geometrias complexas possíveis com a SLS. Embora o desempenho alterado seja desejado no componente final, a adição de cargas aos pós de SLS também afeta o comportamento do processamento e precisa ser compreendida para concluir com êxito um trabalho de construção.

Por que o cobre é adequado

Tomemos, por exemplo, o cobre como um bom material condutor de calor. Sua capacidade térmica específica está na faixa de 0,4 J/g×K. A mistura com o pó de PA12 deve levar à redução da capacidade térmica específica da mistura. Portanto, a capacidade do composto de armazenar calor é reduzida, o calor é descarregado mais rapidamente e o equilíbrio térmico de uma construção pode ser alterado. Saiba mais sobre as medições de _cp em pós de PA12 não preenchidos aqui!

Preparação das amostras para análise

Em um estudo realizado no Instituto de Tecnologia de Polímeros (LKT) da Universidade de Erlangen-Nuremberg, foram produzidas e processadas diferentes misturas de esferas e flocos de cobre em teores variados em uma máquina EOS Formiga P110. As amostras variaram tanto na forma do material de enchimento (esferas e flocos) quanto no conteúdo volumétrico (5 e 10%).

A DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de ^energia1 de 0,043 ^J/mm2 foi mantida constante para todos os materiais a fim de detectar quaisquer alterações no comportamento do processo devido aos enchimentos. Durante o processamento, nenhuma amostra pôde ser produzida com os flocos de cobre de 10 vol%. A temperatura do processo para a mistura com esferas de cobre foi determinada em 167°C e com os flocos de cobre em 173°C, respectivamente.

Medição da capacidade térmica específica

Um DSC 204NETZSCH F1 Phoenix^® foi usado para medir a capacidade térmica específica_{Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp} em função da temperatura dessas diferentes misturas de pó de PA12 com partículas de cobre em comparação com o material PA12 puro. As medições foram realizadas de acordo com as normas ASTM E1269 e ISO 11357-4.

Após uma etapa inicial de resfriamento a -25°C, a temperatura foi aumentada para 215°C a 10 K/min. Duas amostras diferentes foram medidas e a média foi calculada. A tabela a seguir resume as condições de medição.

Tabela 1: Condições de medição

Análise dos dados de medição com um software inteligente

A análise no software NETZSCH Proteus^® software é mostrada na Figura 1. Ela mostra a Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.capacidade de calor específico "aparente" de uma amostra de PA12 com esferas de cobre de 5 vol%, sobreposta pelos efeitos deTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão e Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea.

Os dados de _{Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp} podem ser facilmente deduzidos dessa curva. No entanto, na faixa de temperatura entre 90 e 190 °C, o efeito do aumento do _{Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp} e o efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico daTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão estão se opondo. Portanto, os valores na faixa deTemperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão são normalmente interpolados.

A Figura 2 mostra os valores de _{Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp} após a interpolação para todas as quatro amostras.

Como esperado, pode-se observar que o _cp está aumentando com o aumento da temperatura. O teor adicional de cobre reduz o _cp e nenhum efeito da geometria do enchimento pode ser detectado. A pesquisaarcdela na LKT até confirmou que a diminuição do _cp com o aumento do teor de cobre segue a regra da mistura. No entanto, eles só mediram o _cp a 25°C. As medições dependentes da temperatura mostradas na Figura 2 indicam ainda que a inclinação do aumento de _cp com a temperatura é ligeiramente reduzida quanto mais partículas de cobre estiverem na mistura.

As medições confirmam que a alteração no _cp pode contribuir para a maior entrada de energia necessária durante a impressão 3D. No entanto, são necessárias informações adicionais sobre a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica para avaliar o impacto de ambos os efeitos sobre as condições térmicas.

Deve-se observar que esse comportamento é universal para todos os materiais plásticos modificados com cargas termicamente condutoras. Portanto, é uma quantidade importante a ser medida para o projeto, bem como para a simulação de moldagem por injeção de dissipadores de calor ou outros componentes necessários para o gerenciamento térmico.

Sobre o Instituto de Tecnologia de Polímeros (LKT)

arcO Institute of Polymer Technology é um instituto acadêmico da Universidade Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg. É um dos líderes na pesquisa de manufatura aditivaarch; especialmente SLS.arcarcOutras áreas principais incluem design leve e FRP, materiais e processamento, tecnologia de união e tribologia. Além desses focos, o instituto também está trabalhando em tópicos interdisciplinares, como composição de material de enchimento, simulação de processamento e aplicações, termoplásticos reticulados por radiação, processamento suave e muito mais.

^{1Densidade de energia}= quanta energia um sistema contém em comparação com seu volume