Dolgulu Tozların Özgül Isı Kapasitesi SLS İşleme Parametrelerini Nasıl Etkiler?

Bu tür dolgu sistemleri, alüminyum veya bakır gibi daha yüksek elektriksel veya termal iletkenliğe sahip malzemelerdir. Daha yüksek bir Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik elde edilirse, SLS ile mümkün olan karmaşık geometrilerle daha da geliştirilebilecek termal yönetim uygulamalarına ulaşılabilir. Nihai bileşende değişen performans arzu edilirken, SLS tozlarına dolgu maddeleri eklemek de işleme davranışı üzerinde bir etkiye sahiptir ve bir yapı işini başarıyla bitirmek için anlaşılması gerekir.

Bakır neden uygundur

Örneğin, iyi bir ısı ileten malzeme olarak bakırı ele alalım. Özgül ısı kapasitesi 0,4 J/g×K aralığındadır. PA12 tozu ile karıştırılması, karışımın özgül ısı kapasitesinin azalmasına yol açmalıdır. Bu nedenle, bileşiğin ısı depolama yeteneği azalır, ısı daha hızlı boşaltılır ve bir yapının termal dengesi değiştirilebilir. Doldurulmamış PA12 tozlarında _cp ölçümleri hakkında daha fazla bilgiyi buradan edinebilirsiniz!

Numunelerin analiz için hazırlanması

Erlangen-Nürnberg Üniversitesi Polimer Teknolojisi Enstitüsü'nde (LKT) yapılan bir çalışmada, farklı içeriklerde bakır küreler ve pullardan oluşan farklı karışımlar üretildi ve bir EOS Formiga P110 makinesinde işlendi. Numuneler hem dolgu maddesi formu (küreler ve pullar) hem de hacim içeriği (%5 ve %10) bakımından farklılık göstermiştir.

Dolgu maddeleri nedeniyle proses davranışında meydana gelen değişiklikleri tespit etmek için 0,043 ^J/mm2 enerji ^yoğunluğu1 tüm malzemeler için sabit tutulmuştur. İşleme sırasında, %10 hacimli bakır pulları ile hiçbir numune üretilememiştir. Bakır küreli karışım için proses sıcaklığı sırasıyla 167°C ve bakır pulları için 173°C olarak belirlenmiştir.

Özgül ısı kapasitesinin ölçülmesi

Bir NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^®, PA12 tozunun bakır partikülleri ile bu farklı karışımlarının sıcaklığın bir fonksiyonu olarak özgül ısı kapasitesi _{Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp} 'yi, saf PA12 malzemesine kıyasla ölçmek için kullanılmıştır. Ölçümler ASTM E1269 ve ISO 11357-4'e uygun olarak gerçekleştirilmiştir.

25°C'ye kadar bir ilk soğutma adımından sonra, sıcaklık 10 K/dak hızla 215°C'ye yükseltilmiştir. İki farklı numune ölçülmüş ve ortalaması hesaplanmıştır. Aşağıdaki tablo ölçüm koşullarını özetlemektedir.

Tablo 1: Ölçüm koşulları

Ölçüm verilerinin akıllı bir yazılımla analiz edilmesi

Raporda yer alan analiz NETZSCH Proteus^® yazılımı Şekil 1'de gösterilmektedir. Erime ve camsı geçiş etkileri ile üst üste bindirilmiş %5 hacimli bakır küreler içeren bir PA12 numunesinin "görünür" özgül ısı kapasitesini göstermektedir.

_Cp verileri bu eğriden kolayca çıkarılabilir. Ancak, 90-190°C arasındaki sıcaklık aralığında, artan _{Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp} etkisi ile erimenin EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik etkisi birbirine zıttır. Bu nedenle, erime aralığındaki değerler tipik olarak enterpole edilir.

Şekil 2, dört numune için enterpolasyondan sonraki _{Özgül Isı Kapasitesi (cp)Isı kapasitesi, numuneye verilen ısı miktarının ortaya çıkan sıcaklık artışına bölünmesiyle belirlenen, malzemeye özgü fiziksel bir niceliktir. Özgül ısı kapasitesi, numunenin birim kütlesiyle ilişkilidir.cp} değerlerini göstermektedir.

Beklendiği gibi, _cp 'nin artan sıcaklıkla birlikte arttığı görülebilir. İlave bakır içeriği _cp 'yi düşürmekte ve dolgu geometrisinin herhangi bir etkisi tespit edilememektedir. LKT'dekiarcaraştırması, artan bakır içeriği ile _cp 'deki düşüşün karışım kuralını takip ettiğini doğrulamıştır. Ancak, _cp değerini sadece 25°C'de ölçmüşlerdir. Şekil 2'de gösterilen sıcaklığa bağlı ölçümler, _cp artışının sıcaklıkla eğiminin, karışımda daha fazla bakır partikülü olduğunda biraz azaldığını göstermektedir.

Ölçümler, _cp 'deki değişimin 3D baskı sırasında gereken daha yüksek enerji girdisine katkıda bulunabileceğini doğrulamaktadır. Bununla birlikte, her iki etkinin termal koşullar üzerindeki etkisini değerlendirmek için Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik hakkında ek bilgiye ihtiyaç vardır.

Bu davranışın termal iletken dolgularla modifiye edilmiş tüm plastik malzemeler için evrensel olduğu unutulmamalıdır. Bu nedenle, ısı alıcılarının veya termal yönetimde ihtiyaç duyulan diğer bileşenlerin tasarımının yanı sıra enjeksiyon kalıplama simülasyonu için ölçülmesi gereken önemli bir miktardır.

Polimer Teknolojisi Enstitüsü (LKT) Hakkında

arcPolimer Teknolojisi Enstitüsü, Erlangen-Nürnberg Friedrich-Alexander Üniversitesi'ne bağlı akademik bir enstitüdür.arcKatmanlı Üretim alanında liderlerden biridir; özellikle SLS.arcDiğer ana araştırma alanları arasında Hafif Tasarım ve FRP, Malzemeler ve İşleme, Birleştirme Teknolojisi ve Triboloji yer almaktadır. Bu araştırmaarch odaklarına ek olarak, enstitü ayrıca Dolgu Malzemesi Bileşimi, İşleme ve Uygulamaların Simülasyonu, Radyasyon Çapraz Bağlı Termoplastikler, Nazik İşleme ve çok daha fazlası gibi disiplinler arası konular üzerinde de çalışmaktadır.

^1EnerjiYoğunluğu = Bir sistemin hacmine oranla ne kadar enerji içerdiği