Como os enchimentos aumentam o comportamento isotrópico ou anisotrópico das peças SLS por meio de seu alinhamento

Os polímeros encolhem. A maior parte do encolhimento ocorre durante a etapa de resfriamento do processamento do polímero. Uma forma de reduzir o encolhimento é a adição de cargas. As vantagens foram discutidas em um artigo anterior.

A adição de cargas leva a um aumento no desempenho mecânico. Embora seja necessário um comprimento crítico das cargas para afetar a resistência dos componentes, a rigidez já é aumentada com cargas com proporções de small. Em um estudo realizado pelo Instituto de Tecnologia de Polímeros da Universidade de Erlangen-Nuremberg [1], cargas de cobre termicamente condutoras foram misturadas com pó de PA12 em diferentes teores de volume para avaliar a mudança nas propriedades e no desempenho.

Análise de alterações na rigidez com a Análise Mecânica Dinâmica

Para entender como a rigidez ou o módulo mudam em função da geometria e do conteúdo do material de enchimento, pode-se usar a Análise Mecânica Dinâmica (DMA). Na NETZSCH Analyzing & Testing, as amostras não preenchidas, bem como as amostras preenchidas com esferas de cobre (5 e 10 vol%) e flocos de cobre (5 vol%), foram analisadas com o NETZSCH DMA 242 E Artemis.

Preparação da amostra e condições de medição

As amostras de 50 mm x 10 mm x 4,5 mm foram cortadas de espécimes de ossos de cachorro. É preciso tomar cuidado especial para garantir que a espessura da amostra seja uniforme, pois esse método de medição é muito sensível a quaisquer desvios. No processo SLS, por exemplo, pode ocorrer crescimento lateral das peças quando o derretimento dentro do leito de pó está tão quente que as partículas sólidas começam a sinterizar na superfície. Isso não foi observado nessas amostras e, portanto, não foram necessários tratamentos de superfície adicionais.

Para a medição, as amostras foram então carregadas no dispositivo de flexão de 40 mm de largura. Após uma etapa inicial de resfriamento e equilibrapamento, as amostras foram aquecidas de -50°C a 180°C a 2 K/min, que é um pouco abaixo 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). temperatura de fusão do material e abrange todas as condições de serviço possíveis. Todas as condições de medição estão resumidas na tabela a seguir:

Tabela 1: Condições de medição

Influência de cargas de cobre no módulo de armazenamento

Os resultados do PA12 puro e seu efeito no empenamento das peças SLS podem ser encontrados aqui.

O gráfico da Figura 1 mostra a curva do Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' para o PA12 puro, bem como as amostras com esferas de cobre de 5 e 10 volts e flocos de cobre de 5 volts. Pode-se observar que o comportamento geral de todas as amostras é muito semelhante. Além disso, o início da queda do módulo na 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 e naTemperaturas 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 ocorre em faixas de temperatura estreitas de 2°C e 4°C, respectivamente.

A análise dos valores de módulo das diferentes amostras mostra, como esperado, os valores mais baixos do PA12 puro (por exemplo, 1480 MPa a 27,5°C e 135 MPa a 167,7°C). O módulo das amostras preenchidas com esferas de Cu de 5 vol% apresenta valores ligeiramente mais altos. Um aumento significativo é observado com esferas de Cu de 10 vol%, o que mostra que até mesmo cargas com razão de aspecto = 1 podem aumentar a rigidez do material quando um teor de carga suficientemente alto é usado. No entanto, pode-se observar que os maiores valores de módulo são obtidos com flocos de cobre de 5 vol% (por exemplo, 2278 MPa a 26,7°C). Esse módulo no início da 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 é 54% maior com os flocos em comparação com o PA12 puro. Isso pode ser explicado pela orientação predominante dos flocos no plano xy, que está alinhado com o eixo de teste no dispositivo de flexão. A orientação predominante dos flocos foi mostrada e analisada neste artigo.

Influência de cargas de cobre no módulo de perda e tan δ

A Figura 2 mostra os resultados do Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda E" e tan δ das mesmas amostras apresentadas na Figura 1.

Esses resultados também mostram que os máximos característicos são independentes das variações de amostra investigadas.

Como modificar com sucesso o desempenho do material

As medições confirmam que a rigidez das peças de SLS é aumentada pela adição de cargas, independentemente de sua relação de aspecto. Além disso, foi demonstrado que, para enchimentos com proporções de aspecto mais altas, como os flocos de Cu, até mesmo o conteúdo de small enchimento pode ter uma influência significativa, como um aumento de 54% no módulo. Isso pode ser usado para modificar o desempenho do material sem mudar para um polímero completamente novo, o que pode ser difícil de processar no processo SLS.

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 de pesquisa principais incluem Design Leve e FRP, Materiais e Processamento, Tecnologia de Junção e Tribologia. Além desses focos de pesquisa, 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 muitos outros.

Fontes

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., SelectSinterização a laser de poliamida 12 preenchida com cobre: caracterização das propriedades do pó e do comportamento do processo, Polymer Composites, pp. 1801-1809, 2019