Como preparar peças SLS para medições de análise térmica: LFA

Por que as propriedades termofísicas precisam ser avaliadas em diferentes direções

arc SelectMuitas pesquisas mostraram que a orientação de construção das amostras no volume de construção afeta as propriedades mecânicas das peças de SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização a laser (SLS). A orientação de construção refere-se à posição de uma peça em relação ao plano de aplicação do pó (xy) e ao movimento da plataforma de construção (z), Figura 1.

Em termos muito gerais, pode-se dizer que as peças em que a direção de teste do corpo de prova se alinha paralelamente ao plano xy da construção (como visto na Figura 1) são mais fortes do que as peças em que a direção de teste é perpendicular ao plano xy da construção (ou paralela ao plano zy).

Devido a essa direcionalidade das propriedades mecânicas, várias outras propriedades também são mais bem avaliadas em diferentes direções, especialmente quando cargas adicionais são usadas para aprimorar ainda mais as propriedades. Uma dessas propriedades é a condutividade térmica (k). Para peças SLS com maiores taxas de transferência de calor para gerenciamento térmico, ela também deve ser determinada como uma função das diferentes orientações usando a análise de flash a laser (LFA).

Adição de cargas ao pó de SLS

Assim como no processamento típico de polímeros, a adição de cargas é uma opção. Entretanto, há uma grande diferença. O tamanho da carga precisa ser muito small grande - na mesma escala dos pós - para permitir uma camada uniforme durante o revestimento. No caso dos pós de PA12, isso seria em torno de 60 µm de comprimento.

Para fibras como enchimento, há atualmente duas opções disponíveis. Uma é o pó que tem as fibras já incorporadas à partícula e a outra é a mistura seca de fibras e pó. A primeira requer ou produz fibras ainda mais curtas do que 60 µm, mas a orientação é aleatória dentro do leito de pó. A mistura a seco, no entanto, resulta em uma orientação preferencial das fibras na direção da aplicação do pó (comumente denominada direção x). Isso também pode ser observado para outros enchimentos: por exemplo, flocos em comparação com esferas (veja a Figura 2 abaixo).

Quando os flocos são orientados principalmente no plano xy, as esferas, como cargas isotrópicas, são distribuídas uniformemente na camada. Portanto, é preciso tomar cuidado especial durante a preparação das amostras para poder detectar quaisquer efeitos resultantes da orientação durante o revestimento em pó.

Como preparar peças SLS para análise de flash a laser

O método de laser ou flash de luz é usado para medir a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica de uma variedade de materiais diferentes. A superfície frontal de uma amostra plana e paralela é aquecida por um pulso de luz e o aumento de temperatura resultante na face traseira da amostra é registrado em função do tempo. Quanto maior a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, mais rápido o aumento da temperatura atinge a face posterior.

No site NETZSCH Analyzing & Testing, as amostras foram cortadas em uma fresadora usando uma fresa lateral de espécimes de ossos de cachorro em três direções diferentes para permitir a análise da operação de revestimento na orientação do enchimento, Figura 1. Se um resfriamento medium for usado durante o corte, as amostras deverão ser limpas.

As amostras na direção z podem ser medidas como no suporte de amostras padrão, enquanto as amostras nas direções x e y precisam ser cortadas em smalltiras, viradas e medidas na nova disposição do suporte de amostras laminadas, Figura 3.

Para garantir que todas as tiras sejam planas e que não haja lacunas, as rebarbas são removidas ao redor das bordas da amostra com lixa. Como as amostras nas direções x e y consistem em tiras individuais, o suporte de amostras laminadas foi projetado para fixar as tiras na posição, Figura 4.

Esse suporte de amostra específico permite a medição de uma determinada amostra em pelo menos duas direções diferentes. Por exemplo, pode-se medir a amostra na direção z, depois cortá-la em tiras e medi-la em outra direção. No entanto, o motivo mais comum é que as amostras só podem ser preparadas em dimensões específicas, o que geralmente ocorre com amostras de ossos de cachorro ou outras peças mais finas semelhantes a placas. Nesses casos, o suporte de amostras laminadas é a única opção.

Assim, a direção x indica a medição na direção da operação de revestimento, da esquerda para a direita ou vice-versa; y está no mesmo plano xy, mas na direção perpendicular ao revestimento, da frente para trás e vice-versa; z é a direção da espessura da camada.

As dimensões das amostras nas direções x e y são, portanto, 12,6×12,6×2 ^mm3 e na direção z 12,6×12,6×4 ^mm3 (somente a amostra de PA12 puro tem uma Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica tão baixa e, portanto, uma duração de medição muito longa com 4 mm de espessura que a amostra foi triturada para 2,4 mm de espessura).

As próximas etapas de preparação são necessárias para todas as amostras cuja textura de superfície ou grau de transparência possa afetar a reflexão do feixe de laser.

A superfície das amostras de SLS tem uma textura áspera em comparação com as peças de moldagem por injeção devido à matéria-prima em pó e ao processo. Como a análise de flash a laser é um método óptico que precisa eliminar a reflexão, as amostras são revestidas por spray com uma fina camada de grafite, que tem alta capacidade de absorção do pulso de energia do LFA. Leia mais sobre a maneira ideal de revestir amostras na AN0066.

As amostras preparadas dessa forma podem então ser carregadas nesses suportes de amostras no dispositivo LFA e testadas. O procedimento de medição e os resultados são explicados neste artigo!