18.01.2021 by Dennis Glinski, Wilo SE, Dr. Natalie Rudolph
Wilo: Bättre prestanda med fiberarmerade 3D-printade komponenter
Wilo SE är en världsomspännande tillverkare av pumpar och pumpsystem för byggnadsteknik, hela vattenhanteringskedjan och industrin. Det kommer inte som någon överraskning att Wilo arbetar med banbrytande teknik som Additive Manufacturing. Läs om hur de använder NETZSCH DSC 214 Polyma för att förstå det termiska beteendet hos nya materialval.
Wilo SE är en världsomspännande tillverkare av pumpar och pumpsystem för byggnadsteknik, hela vattenhanteringskedjan och industrin. De har en lång historia av framgångsrika innovationer som bygger på deras starka kunskapsbas och känsla för framtida teknik och marknadskrav. Detta kräver ett starkt fokus på forskning och utveckling samt den bästa utrustningen för att få jobbet gjort.
Det kommer inte som någon överraskning att Wilo arbetar med banbrytande teknik som Additive Manufacturing, även kallat 3D-printing, för att utveckla morgondagens produkter. I ett projekt använder de Selective Laser Sintering (SLS), som är känd för att producera högkvalitativa strukturella polymerdelar med komplexa geometrier, interna strukturer och tunna väggar. Verktygslös produktion utan materialförlust, förkortade utvecklingsprocesser samt mekaniska egenskaper som är jämförbara med formsprutade delar gör SLS till ett lämpligt alternativ för många arbetsstycken och till och med hela enheter. Dessutom är vissa ihåliga geometrier faktiskt bara möjliga att tillverka med en pulverbaserad additiv tillverkningsprocess.
SLS-processen använder en laser för att lokalt smälta small partiklar av polymerpulver för att bilda ett homogent lager och detta upprepas lager för lager tills hela detaljen är smält. Den omgivande byggkammaren håller materialet vid förhöjda temperaturer för att hindra KristalliseringKristallisation är den fysiska processen av härdning under bildandet och tillväxten av kristaller. Under denna process frigörs kristallisationsvärme.kristallisering tills hela detaljen är färdig. Först därefter kyls detaljen ned. Polymerpulvrets exakta smält- och kristallisationsbeteende måste alltså vara känt för att man ska kunna definiera processinställningarna för ett visst material.
För att kunna utveckla nya material som har alla de egenskaper som krävs för en ny produkt måste man förstå detta termiska beteende.
NETZSCH DSC214Polymagav lösningen
Alla de nya materialvalen med och utan fiberförstärkning karakteriserades med hjälp av en NETZSCH DSC 214 Polyma genom att utföra dynamiska mätningar från rumstemperatur till 70 K över smälttemperaturen med en uppvärmnings- och kylningshastighet på 20 K/min. Den resulterande grafen och processfönstret visas i figur 1. Hysteresen mellan smältans början och kristallisationens början är mindre än för PA12 som vanligtvis används. Detta innebär att processfönstret endast är ca 20 K jämfört med ca 30 K för PA12.
Figur 2 visar glas- och kolfibrernas effekt på kristallisationsstarten. Båda fibrerna (blå: CF, grön: GF) fungerar som kärnbildare och förskjuter kristallisationsstarten till högre temperaturer, vilket gör processfönstret ännu smalare. Detta är viktigt för att Identify den lämpligaste byggtemperaturen och kräver stor expertis för att optimera processen. Vid temperaturer nära smältpunkten börjar det omgivande fasta pulvret att sintras på den heta, smälta delen. Denna effekt kallas lateral tillväxt. Vid temperaturer nära kristallisationens början kan skevhet vara ett problem. Detta kallas ofta curling. En förklaring till skillnaden i kristallisationsstart mellan glas- och kolfibrer kan vara förhållandet mellan yta och volym hos de två olika fibrerna. Med tanke på att kolfiberns diameter är i storleksordningen 7 µm och den använda glasfiberns diameter är ca 11 µm, ger kolfibern en något större yta som kan fungera som kärnbildningsplatser för samma volyminnehåll i blandningen.
Om hysteresen mellan 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).smälttemperatur och kristallisationstemperatur för ett material av intresse är mycket small kan isotermiska kristallisationsstudier utföras för att analysera kristallisationshastigheten mer detaljerat eller jämföra olika blandningar med i övrigt liknande egenskaper för att select den bästa.
“DSC 214 Polyma är enkel att använda och gav oss alla relevanta data för att framgångsrikt tillverka detaljer med de nya pulvren. Tillsammans med den kunskap vi fick i diskussioner med NETZSCH:s applikationsspecialister kunde vi select de mest lämpliga materialen för att fortsätta vårt utvecklingsarbete”
Är du intresserad av att lära dig mer om karakterisering av SLS-pulver?
I tidigare artiklar har vi behandlat följande ämnen:
Om Wilo Group
Wilo-koncernen är en av världens ledande premiumleverantörer av pumpar och pumpsystem för byggsektorn, vattenhantering och industri. Företagets innovativa lösningar, smarta produkter och individuella tjänster transporterar vatten på ett intelligent, effektivt och klimatvänligt sätt. Med hjälp av en hållbarhetsstrategi och i samarbete med partners bidrar företaget också på ett viktigt sätt till klimatskyddet (källa).