Cum cresc umpluturile comportamentul izotrop sau anizotrop al pieselor SLS prin alinierea lor

Polimerii se micșorează. Cea mai mare parte a contracției are loc în timpul etapei de răcire a procesării polimerilor. O modalitate de a reduce contracția este adăugarea de materiale de umplutură. Avantajele au fost discutate într-un articol anterior.

Adăugarea de materiale de umplutură duce la o creștere a performanțelor mecanice. În timp ce este necesară o lungime critică a umpluturilor pentru a avea un efect asupra rezistenței componentelor, rigiditatea este deja crescută cu umpluturi cu rapoarte de aspect small. Într-un studiu realizat de Institutul de Tehnologie a Polimerilor de la Universitatea din Erlangen-Nürnberg [1], umpluturi de cupru conductoare termic au fost amestecate cu pulbere PA12 în diferite conținuturi volumice pentru a evalua modificarea proprietăților și performanțelor.

Analiza modificărilor rigidității cu ajutorul analizei mecanice dinamice

Pentru a înțelege modul în care rigiditatea sau modulul se modifică în funcție de geometria umpluturii și de conținutul de umplutură, se poate utiliza analiza mecanică dinamică (DMA). La NETZSCH Analyzing & Testing, probele neumplute, precum și probele umplute cu sfere de cupru (5 și 10 vol%) și fulgi de cupru (5 vol%) au fost analizate utilizând NETZSCH DMA 242 E Artemis.

Pregătirea probei și condițiile de măsurare

Probele de 50 mmx10 mmx4,5 mm au fost tăiate din specimene de os de câine. Trebuie să se acorde o atenție deosebită pentru a se asigura că grosimea probei este uniformă, deoarece această metodă de măsurare este foarte sensibilă la orice abatere. În procesul SLS, de exemplu, poate apărea o creștere laterală a pieselor atunci când topitura din patul de pulbere este atât de fierbinte încât particulele solide încep să se sinterizeze pe suprafață. Acest lucru nu a fost observat la aceste probe și, prin urmare, nu au fost necesare tratamente suplimentare de suprafață.

Pentru măsurare, probele au fost apoi încărcate în dispozitivul de flexiune lat de 40 mm. 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 și acoperă toate condițiile de utilizare posibile. Toate condițiile de măsurare sunt rezumate în tabelul următor:

Tabelul 1: Condiții de măsurare

Influența umpluturilor de cupru asupra modulului de stocare

Rezultatele pentru PA12 neat și efectul lor asupra deformării pieselor SLS pot fi găsite aici.

Graficul din figura 1 prezintă curba modulului de stocare E' pentru PA12 neat, precum și pentru probele cu 5 și 10 % vol. sfere de cupru și 5 % vol. fulgi de cupru. Se poate observa că comportamentul general al tuturor probelor este foarte similar. În plus, declanșarea scăderii modulului la tranziția vitroasă și la 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 are loc în intervale de temperatură strânse de 2°C și, respectiv, 4°C.

Examinarea valorilor modulului diferitelor probe arată - așa cum era de așteptat - cele mai scăzute valori ale PA12 neat (de exemplu, 1480 MPa la 27,5°C și 135 MPa la 167,7°C). Modulul probelor umplute cu 5 vol% sfere de Cu prezintă valori ușor mai ridicate. Se observă o creștere semnificativă în cazul sferelor cu 10 % vol. Cu, ceea ce arată că și materialele de umplutură cu un raport de aspect = 1 pot crește rigiditatea materialului atunci când se utilizează un conținut suficient de mare de material de umplutură. Cu toate acestea, se poate observa că cele mai mari valori ale modulului sunt obținute cu fulgi de cupru de 5 vol% (de exemplu, 2278 MPa la 26,7°C). Acest modul la începutul tranziției vitroase este cu 54% mai mare în cazul fulgilor comparativ cu PA12 pur. Acest lucru poate fi explicat prin orientarea predominantă a fulgilor în planul xy, care este aliniat cu axa de testare în dispozitivul de flexiune. Orientarea predominantă a fulgilor a fost prezentată și analizată în acest articol.

Influența umpluturilor de cupru asupra modulului de pierdere și tan δ

Figura 2 prezintă rezultatele modulului de pierdere E" și tan δ ale acelorași probe prezentate în figura 1.

Aceste rezultate arată, de asemenea, că maximele caracteristice sunt independente de variațiile probelor investigate.

Cum să modificați cu succes performanța materialelor

Măsurătorile confirmă faptul că rigiditatea pieselor SLS este crescută prin adăugarea de materiale de umplutură, indiferent de raportul de aspect al acestora. De asemenea, se arată că, pentru materialele de umplutură cu rapoarte de aspect mai mari, cum ar fi fulgii de Cu, chiar și conținutul de material de umplutură small poate avea o influență semnificativă, cum ar fi o creștere de 54% a modulului. Acest lucru poate fi utilizat pentru a modifica performanța materialului fără a trece la un polimer complet nou, care ar putea fi dificil de prelucrat în procesul SLS.

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.

Surse

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., Sinterizarea selectivă cu laser a poliamidei 12 umplute cu cupru: Caracterizarea proprietăților pulberii și a comportamentului procesului, Materiale compozite polimerice, pp. 1801-1809, 2019