Modul în care capacitatea termică specifică a pulberilor umplute afectează parametrii de procesare SLS

Astfel de sisteme de umplere sunt materiale cu o conductivitate electrică sau termică mai mare, cum ar fi aluminiul sau cuprul. În cazul în care se obține o conductivitate termică mai mare, sunt posibile aplicații de gestionare termică care pot fi îmbunătățite și mai mult prin geometriile complexe posibile cu SLS. În timp ce performanța modificată este dorită în componenta finală, adăugarea de materiale de umplutură la pulberile SLS are, de asemenea, un efect asupra comportamentului de procesare și trebuie să fie înțeleasă pentru a finaliza cu succes o lucrare de construcție.

De ce este potrivit cuprul

Să luăm, de exemplu, cuprul ca material bun conducător de căldură. Capacitatea sa termică specifică este de ordinul a 0,4 J/g×K. Amestecarea acestuia cu pulberea PA12 trebuie să ducă la reducerea capacității termice specifice a amestecului. Prin urmare, capacitatea compusului de a stoca căldura este redusă, căldura este evacuată mai rapid și echilibrul termic al unei construcții poate fi modificat. Aflați mai multe despre măsurătorile _cp pe pulberile PA12 neumplute aici!

Pregătirea probelor pentru analiză

În cadrul unui studiu realizat la Institutul de Tehnologie a Polimerilor (LKT) din cadrul Universității Erlangen-Nürnberg, au fost produse și prelucrate diferite amestecuri de sfere și fulgi de cupru în diferite conținuturi într-o mașină EOS Formiga P110. Probele variau atât în ceea ce privește forma umpluturii (sfere și fulgi), cât și în ceea ce privește conținutul de volum (5 și 10 %).

Densitatea de ^energie1 de 0,043 ^J/mm2 a fost menținută constantă pentru toate materialele pentru a detecta orice modificări în comportamentul procesului datorate materialelor de umplutură. În timpul procesării, nu au putut fi produse probe cu fulgii de cupru de 10 % vol. Temperatura de procesare pentru amestecul cu sfere de cupru a fost stabilită la 167°C și, respectiv, la 173°C cu fulgi de cupru.

Măsurarea capacității termice specifice

Un NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® a fost utilizat pentru a măsura capacitatea termică specifică _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} în funcție de temperatură a acestor amestecuri diferite de pulbere PA12 cu particule de cupru în comparație cu materialul PA12 pur. Măsurătorile au fost efectuate în conformitate cu ASTM E1269 și ISO 11357-4.

După o răcire inițială la -25°C, temperatura a fost crescută la 215°C la 10 K/min. Au fost măsurate două probe diferite și a fost calculată media. Tabelul următor sintetizează condițiile de măsurare.

Tabelul 1: Condiții de măsurare

Analiza datelor de măsurare cu un software inteligent

Analiza în NETZSCH Proteus^® software este prezentată în figura 1. Aceasta arată capacitatea termică specifică "aparentă" a unei probe de PA12 cu 5 vol% sfere de cupru, suprapusă cu efectele 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 și tranziție vitroasă.

Datele _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} pot fi ușor deduse din această curbă. Cu toate acestea, în intervalul de temperatură cuprins între 90-190°C, efectul creșterii _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} și efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic al topirii se opun reciproc. Prin urmare, valorile din intervalul 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 sunt de obicei interpolate.

Figura 2 prezintă valorile _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} după interpolare pentru toate cele patru probe.

După cum era de așteptat, se poate observa că _cp crește odată cu creșterea temperaturii. Conținutul suplimentar de cupru reduce _cp și nu poate fi detectat niciun efect al geometriei umpluturii. Cercetătorii de la LKT au confirmat chiar că scăderea _cp odată cu creșterea conținutului de cupru urmează regula amestecului. Cu toate acestea, ei au măsurat _cp numai la 25°C. Măsurătorile în funcție de temperatură prezentate în figura 2 indică în continuare faptul că panta creșterii _cp cu temperatura este ușor redusă cu cât sunt mai multe particule de cupru în amestec.

Măsurătorile confirmă faptul că modificarea _cp poate contribui la consumul mai mare de energie necesar în timpul imprimării 3D. Cu toate acestea, sunt necesare informații suplimentare cu privire la conductivitatea termică pentru a evalua impactul ambelor efecte asupra condițiilor termice.

Trebuie remarcat faptul că acest comportament este universal pentru toate materialele plastice modificate cu umpluturi termoconductoare. Prin urmare, este o cantitate importantă care trebuie măsurată pentru proiectarea, precum și pentru simularea prin turnare prin injecție a radiatoarelor de căldură sau a altor componente necesare în gestionarea termică.

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.

^{1Densitatea energetică}= Câtă energie conține un sistem în raport cu volumul său