Mätning av specifik värmekapacitet för att simulera SLS-processer

Under SLS-processen (Selective Laser Sintering) försvinner de tidigare smälta skikten in i pulverbädden omgivna av osintrat pulver. Därför är det svårt att mäta information om temperaturfältet i de lägre skikten. Därför har betydande ansträngningar gjorts för att modellera och simulera SLS-processen. Två storheter som är viktiga för detta är den specifika värmekapaciteten (_{Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp}) och värmeledningsförmågan (k) som en funktion av temperaturen. När fyllmedel tillsätts ändras inte bara kristallisationshastigheten, utan det krävs också en högre byggtemperatur på grund av förändringen i _{Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp} och k.

Hur bestämmer man den specifika värmekapaciteten?

För att bestämma den specifika värmekapaciteten som en funktion av temperaturen hos olika material används differentialskanningskalorimetri (DSC). Värmekapaciteten definieras som den värmemängd som krävs för att höja temperaturen hos 1 g ämne med 1°C medan trycket p hålls konstant. Den beskrivs av värmeledningsekvationen:

I enlighet med DIN EN ISO 11357-4 (och ASTM E1269) mäts provet i förhållande till ett andra prov (referensprov) med känd värmekapacitet. Ett typiskt referensprov är safir. Ett experiment består därför av tre olika körningar inom det aktuella temperaturområdet. Den första är en skanning med två tomma kastruller (baslinje), den andra en skanning med en kastrull som innehåller safirprovet (referens) och slutligen den tredje körningen med det faktiska provet (prov) i samma typ av kastrull.

_Cp som en funktion av provets temperatur kan beräknas enligt följande:

Utföra _{cp-mätningar} på SLS-polymerpulverprover

I det här exemplet med ett polymerpulver, närmare bestämt PA12, utfördes mätningarna med en NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® i enlighet med standarden. Efter ett inledande kylsteg till -25°C ökades temperaturen till 215°C med 10 K/min. Två olika prover mättes och medelvärdet beräknades. Alla mätförhållanden sammanfattas i följande tabell:

Tabell 1: Mätförhållanden

Analysen i programvaran NETZSCH Proteus^® programvaran visas i figur 1. Den visar den "skenbara" specifika värmekapaciteten, överlagrad av smälttoppen och glasövergången.

_Cp-data kan lätt härledas från denna kurva. I temperaturområdet mellan 90-190°C motverkar emellertid effekten av det ökande _{Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp} och den endotermiska effekten av Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning varandra. Därför interpoleras vanligtvis värdena i smältområdet. I fallet med PA12 som visas här skulle interpoleringen utföras mellan 90°C (2,348 J/gK) och 200°C (2,7 J/gK), som anges i diagrammet. Värdena kan sedan exporteras för senare användning i material- och processimuleringar, t.ex. för temperaturfiltrering och stelning i SLS-processen. En annan tillämpning av data är beräkning av värmeledningsförmågan från värmediffusivitet och densitetsdata.