Giriş
Katmanlı üretim – özellikle erimiş biriktirme modelleme (FDM) – polimer bazlı bileşenlerin hızlı ve esnek bir şekilde üretilmesi için yaygın olarak kullanılan bir teknik haline gelmiştir. Mekanik özelliklerin yanı sıra, basılmış parçaların termal davranışı da giderek daha önemli hale gelmektedir. Özellikle işlevsel bileşenler, termal gerilime maruz kalan muhafazalar, uygulama odaklı prototipler veya yerel ısı oluşumuna maruz kalan bileşenler için, gerçek çalışma koşulları altında malzeme davranışını değerlendirmek amacıyla Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite bilgisi hayati önem taşımaktadır.
Polilaktidler (PLA), FDM 3D baskıda en yaygın kullanılan malzemeler arasındadır. Ancak, bu malzemenin katman katman biriktirilmesi nedeniyle, baskı yapısı içinde yöne bağlı termofiziksel özellikler ortaya çıkabilir. Filamentlerin yönelimi, soğutma koşulları ve bitişik şeritler arasındaki Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime, ısının basılı bileşen içinden ne kadar hızlı taşındığını etkiler.
Ölçüm Görevi
Bu çalışmada, yukarıda gösterildiği gibi basılan PLA numunelerinin termal yayılma katsayısı analiz edildi. Numuneler aynı baskı hızında ancak farklı yönlerde üretildi. Amaç, baskı yönünün ve bunun sonucunda ortaya çıkan filament düzeninin malzeme içindeki ısı yayılımı üzerindeki etkisini araştırmaktı.
Numuneler 60 mm/s hızında basılmıştır. İki varyant, baskı yatağına doğrudan düz bir şekilde yerleştirilen tek tek filament katmanlarını temsil etmektedir; bunlardan birinde doğrusal, diğerinde ise spiral filament yolu kullanılmıştır. Üçüncü numune ise baskı yatağına dik olarak oluşturulmuş olup dikey filament kaynaşması sergilemektedir.
Yöntem ve Ölçüm Koşulları
Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar. Termal difüzivite, NETZSCH LFA 717 HyperFlash® adresindeki I ’ın Light Flash Analysis (LFA) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Flash yönteminde, düzlem-paralel bir numunenin ön yüzü kısa bir enerji darbesi ile ısıtılır. Numunenin arka yüzünde meydana gelen sıcaklık artışı, bir kızılötesi dedektör tarafından temassız olarak kaydedilir. PLA numunesinin termal difüzivitesi, zamana bağlı sinyal eğrisinden hesaplanmıştır.
Değerlendirme için Standart Model* kullanılmıştır. Temel ölçüm koşulları Tablo 1’de özetlenmiştir.
*Standart Model, iki boyutlu (z ekseni ve radyal) ısı kaybını eski Cape-Lehman [1] modeline benzer şekilde ele alır.
Tablo 1: Ölçüm Koşulları
| Parametre | Ayarı |
|---|---|
| Örnek | Polilaktid (PLA) |
| Cihaz | LFA 717 HyperFlash® |
| Dedektör | MCT |
| Numune tutucu | 4 numune, kare |
| Isıtma hızı | 10 K/dk |
| Sıcaklık aralığı | -100 °C ila 125 °C |
| Numune boyutları | 10 mm x 10 mm x 09 mm |
Ölçüm Sonuçları
Üç PLA numunesinin termal yayılma katsayısı eğrilerinin doğrudan karşılaştırılması, baskı yönünün açık bir etkisini ortaya koymaktadır. Isıtılmamış baskı yatağı üzerinde yatay olarak basılan ve doğrusal ya da spiral filament yolları sergileyen numuneler, birbirine benzer termal yayılma katsayıları sergilemektedir. Bununla birlikte, dikey filament erimesine sahip dikey olarak basılan numune, incelenen sıcaklık aralığı boyunca daha yüksek değerler göstermektedir.
Bu daha yüksek Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite, dikey olarak birbirine bağlı filament yapısı boyunca ısının daha verimli bir şekilde yayıldığını göstermektedir. Bunun olası bir nedeni, dikey katmanlama ve halihazırda ekstrüde edilmiş, soğumakta olan PLA’ya ısı transferi sayesinde filament içi veya filamentler arası Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime derecesinin daha yüksek olmasıdır.
Tüm veri setlerinde, yaklaşık 60°C'de termal difüzivitede belirgin bir sıçrama gözlemlenmektedir. Bu etki, PLA'nın camsı geçişinin karakteristik bir özelliğidir. Bu geçiş, camsı bir malzeme durumundan giderek kauçuk benzeri bir malzeme durumuna geçişi işaret eder ve buna bağlı olarak polimerin moleküler hareketliliğini ve dolayısıyla ısı taşıma özelliklerini etkiler.
Özet
Ölçüm sonuçları, baskı yönünün FDM ile basılmış PLA’nın termal difüzivitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Özellikle, dikey filament erimesi ile dikey olarak oluşturulmuş numune, yatay olarak basılmış varyantlara kıyasla daha yüksek Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite sergilemektedir.
LFA 717 HyperFlash® i ile yapılan Işık Flaş Analizi, bu tür yönelime bağlı termofiziksel özelliklerin güvenilir bir şekilde karakterize edilmesini sağlar. Bu sayede, katmanlı imalatla üretilen malzemelerin termal davranışlarındaki işleme bağlı farklılıklar nicel olarak belirlenebilir ve sonuçlar, baskı parametrelerini, bileşen geometrilerini ve üretim stratejilerini optimize etmek için kullanılabilir.