Estimarea tensiunilor reziduale în piesele SLS utilizând DMA

Prin urmare, precizia dimensională a acestora trebuie să fie ridicată pentru a se potrivi bine în ansambluri mai mari pe parcursul duratei lor de viață. Atunci când funcționează la temperaturi ridicate, orice tensiuni reziduale ar putea fi dăunătoare pentru performanța piesei. Pentru a înțelege mai bine tensiunile reziduale, este necesară cunoașterea modulului unui material.

Modulul materialelor, inclusiv al polimerilor, se măsoară de obicei în cadrul testelor mecanice statice, în care se trasează comportamentul tensiune-deformație în timpul unui test de tracțiune, iar modulul lui Young se calculează ca pantă a curbei între 0,05...0,25% deformație. Acesta poate fi utilizat pentru asigurarea calității, dezvoltarea și optimizarea materialelor, precum și pentru unele sarcini de dimensionare. Cu toate acestea, nu poate fi utilizat pentru proiectarea și simularea componentelor.

Pentru aceasta, este important să se obțină date dependente de timp și temperatură care să prezică comportamentul materialului pe durata de viață în condiții de încărcare realiste. Metoda aleasă este analiza dinamico-mecanică (DMA), care permite ca proba să fie supusă unei sarcini sinusoidale și se detectează răspunsul viscoelastic al materialului. Prin variația temperaturii și a frecvenței de măsurare, se poate analiza și dependența de temperatură și timp.

Pentru a înțelege evoluția proprietăților pieselor SLS în timpul imprimării și în special contracția și deformarea, este necesară o măsurare DMA dependentă de temperatură. În timpul ciclului constant de acoperire cu pulbere și Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire cu laser, temperatura se modifică constant în interiorul piesei și se formează un gradient de temperatură de la partea inferioară a piesei la partea superioară. Acest lucru poate cauza deformare, care este explicată în această postare anterioară privind dilatarea termică.

Cum se determină tensiunile reziduale utilizând DMA

Pentru a obține datele privind modulul în funcție de temperatură, au fost imprimate probe de os de câine la Institutul de Tehnologie a Polimerilor (LKT) al Universității Erlangen-Nürnberg cu pulbere PA12 folosind parametrii standard de 0,4 ^J/mm3. Apoi, probele au fost pregătite la NETZSCH Analyzing & Testing prin tăierea bucăților din mijloc ale acestor oase de câine la o lungime de 50 mm, ceea ce rezultă în grinzi cu dimensiunile de 50 mm x 10 mm x 4,5 mm. Chiar dacă suprafața prezintă rugozitatea tipică pieselor SLS, nu a fost selectat niciun tratament de suprafață suplimentar, deoarece suprafețele erau plan-paralele.

Eșantioanele au fost apoi încărcate în dispozitivul de flexie lat de 40 mm al NETZSCH DMA 242 E Artemis. După o răcire inițială și o etapă de echilibrare, probele au fost încălzite de la -50°C la 180°C cu 2 K/min, care este chiar sub temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a materialului. Toate condițiile de măsurare sunt rezumate în tabelul următor:

Tabelul 1: Condiții de măsurare

Răspunsul elastic este cel mai important

Figura 2 prezintă rezultatele măsurătorilor modulului de stocare E', modulului de pierdere E", precum și factorul de amortizare tand. Acestea arată comportamentul tipic al unui material termoplastic semicristalin. Modulul de stocare prezintă o scădere la temperaturile de tranziție, tranziție vitroasă și Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, iar modulul de pierdere și tand prezintă un maxim. Factorul utilizat pentru analiză este ales în funcție de efectul care prezintă cel mai mare interes. Pentru a înțelege contracția și acumularea tensiunilor reziduale, răspunsul elastic (E') este cel mai important și va fi analizat aici.

Odată cu creșterea temperaturii, Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare scade continuu. Valoarea lui E' la temperatura camerei este de 1438 MPa. Fișa tehnică a probei măsurate indică de obicei valori diferite (aici: 1650 MPa) deoarece modulul Young este măsurat în tensiune. În timpul unei măsurători DMA în modul flexiune, atât sarcina de compresiune, cât și cea de tracțiune acționează asupra probei, în special atunci când se măsoară probe mai groase. Începutul tranziției vitroase a fost stabilit la 27 °C. După scăderea modulului, valorile continuă să scadă de la 500 MPa la 114 MPa la începutul topirii (167°C).

În timp ce valoarea modulului de stocare E' imediat după Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire este foarte importantă pentru un proces de imprimare reușit, întreaga evoluție este importantă în timpul etapei de răcire. Datorită modificării importante a modulului la tranziția vitroasă, procesul de răcire trebuie să fie foarte lent (> 12 ore pentru întreaga construcție) pentru a reduce sau elimina deformarea și acumularea de tensiuni reziduale în această etapă. Înțelegerea acestui comportament poate ajuta la optimizarea procesului și, eventual, la accelerarea acestei etape de proces care necesită mult timp.

Despre Institutul de Tehnologie a Polimerilor (LKT)

Institutul de Tehnologie a Polimerilor este un institut academic de cercetare de la Universitatea Friedrich-Alexander din Erlangen-Nürnberg. Este unul dintre liderii cercetării în domeniul producției aditive, în special SLS. Alte domenii principale de cercetare includ proiectarea ușoară și FRP, materialele și prelucrarea, tehnologia de îmbinare și tribologia. În plus față de aceste domenii de cercetare, institutul lucrează, de asemenea, la subiecte interdisciplinare, cum ar fi compunerea materialelor de umplere, simularea prelucrării și a aplicațiilor, termoplasticele reticulate prin radiații, prelucrarea delicată și multe altele.