Medição da capacidade térmica específica para simular processos de SLS

Durante o processo de SLS (Selective Laser Sintering), as camadas previamente fundidas desaparecem no leito de pó cercado por pó não sinterizado. Portanto, é difícil medir as informações sobre o campo de temperatura nas camadas inferiores. Por isso, foram feitos esforços significativos para modelar e simular o processo SLS. Duas quantidades essenciais para isso são a capacidade de calor 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}) e a condutividade térmica (k) em função da temperatura. Quando são adicionados enchimentos, eles não apenas alteram a taxa de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização, mas também exigem uma temperatura de construção mais alta devido à alteração em _{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 k.

Como determinar a capacidade térmica específica

Para determinar a capacidade térmica específica em função da temperatura de diferentes materiais, é usada a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). A capacidade térmica é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de substância em 1°C enquanto a pressão p é mantida constante. Ela é descrita pela equação de condução de calor:

De acordo com a norma DIN EN ISO 11357-4 (e ASTM E1269), a amostra é medida em relação a uma segunda amostra (referência) de capacidade térmica conhecida. Uma amostra de referência típica seria a safira. Portanto, um experimento consiste em três execuções diferentes na faixa de temperatura de interesse. A primeira é uma varredura com duas bandejas vazias (linha de base), a segunda é uma varredura com uma bandeja contendo a amostra de safira (referência) e, por fim, a terceira execução com a amostra real (amostra) no mesmo tipo de bandeja.

O _Cp como uma função da temperatura da amostra pode ser calculado da seguinte forma:

Realização de medições de _cp em amostras de pó de polímero SLS

Neste exemplo de um polímero em pó, mais especificamente PA12, as medições foram realizadas usando um NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® de acordo com a norma. 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. Todas as condições de medição estão resumidas na tabela a seguir:

Tabela 1: Condições de medição

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", sobreposta ao pico 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 à 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. No caso do PA12 mostrado aqui, a interpolação seria realizada entre 90°C (2,348 J/gK) e 200°C (2,7 J/gK), que estão indicados no gráfico. Os valores podem então ser exportados para uso posterior em simulações de materiais e processos, por exemplo, para a temperatura arquivada e a solidificação no processo SLS. Outra aplicação dos dados é o cálculo da 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 a partir da 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 e dos dados de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade.