Dolgu Maddeleri, Hizalanmaları Yoluyla SLS Parçalarının İzotropik veya Anizotropik Davranışını Nasıl Artırır?

Polimerler büzülür. Büzülmenin çoğu polimer işlemenin soğutma adımı sırasında gerçekleşir. Büzülmeyi azaltmanın bir yolu da dolgu maddelerinin eklenmesidir. Avantajları daha önceki bir makalede tartışılmıştı.

Dolgu maddelerinin eklenmesi mekanik performansta artışa yol açar. Bileşenlerin mukavemeti üzerinde bir etkiye sahip olmak için dolgu maddelerinin kritik bir uzunluğuna ihtiyaç duyulurken small en-boy oranlarına sahip dolgu maddeleri ile sertlik zaten artmaktadır. Erlangen-Nürnberg Üniversitesi Polimer Teknolojisi Enstitüsü tarafından gerçekleştirilen bir çalışmada [1], termal olarak iletken bakır dolgu maddeleri, özellik ve performanstaki değişimi değerlendirmek için değişen hacim içeriklerinde PA12 tozu ile karıştırılmıştır.

Dinamik Mekanik Analiz ile sertlikteki değişiklikleri analiz etme

Sertlik veya modülün dolgu geometrisi ve dolgu içeriğinin bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğini anlamak için Dinamik Mekanik Analiz (DMA) kullanılabilir. NETZSCH Analyzing & Testing'de, doldurulmamış numunelerin yanı sıra bakır küreler (%5 ve 10 hacim) ve bakır pullarla (%5 hacim) doldurulmuş numuneler NETZSCH DMA 242 E Artemis kullanılarak analiz edilmiştir.

Numune hazırlama ve ölçüm koşulları

Köpek kemiği numunelerinden 50mmx10mmx4.5 mm'lik numuneler kesilmiştir. Bu ölçüm yöntemi herhangi bir sapmaya karşı çok hassas olduğundan numune kalınlığının tek tip olmasını sağlamak için özel dikkat gösterilmesi gerekir. Örneğin SLS işleminde, toz yatağı içindeki eriyik çok sıcak olduğunda katı parçacıklar yüzeyde sinterlenmeye başladığında parçaların yanal büyümesi meydana gelebilir. Bu numunelerde bu durum gözlenmemiştir ve dolayısıyla ilave yüzey işlemlerine gerek duyulmamıştır.

Ölçüm için numuneler daha sonra 40 mm genişliğindeki eğilme fikstürüne yüklenmiştir.libraİlk soğutma ve eşitleme adımının ardından numuneler -50°C'den 180°C'ye 2 K/dak hızla ısıtılmıştır; bu, malzemeninErime 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 sıcaklığının hemen altındadır ve olası tüm hizmet koşullarını kapsamaktadır. Tüm ölçüm koşulları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:

Tablo 1: Ölçüm koşulları

Bakır dolgu maddelerinin depolama modülü üzerindeki etkisi

Saf PA12 sonuçları ve bunların SLS parçalarının çarpılması üzerindeki etkileri burada bulunabilir.

Şekil 1'deki grafik, saf PA12'nin yanı sıra %5 ve %10 bakır küreler ve %5 bakır pullar içeren numuneler için depolama modülü eğrisi E''yi göstermektedir. Tüm numunelerin genel davranışının çok benzer olduğu görülebilir. Ayrıca, camsı geçişte ve erimede modül düşüşünün başlangıcı sırasıyla 2°C ve 4°C'lik dar sıcaklık aralıklarında gerçekleşmektedir.

Farklı numunelerin modül değerlerine bakıldığında - beklendiği gibi - en düşük değerlerin saf PA12'ye ait olduğu görülmektedir (örneğin, 27,5°C'de 1480 MPa ve 167,7°C'de 135 MPa). 5'lik Cu küreleri ile doldurulmuş numunelerin modülü biraz daha yüksek değerler göstermektedir. 10'luk Cu küreleri ile önemli bir artış gözlenmektedir, bu da en-boy oranı = 1 olan dolgu maddelerinin bile yeterince yüksek bir dolgu maddesi içeriği kullanıldığında malzemenin sertliğini artırabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, en yüksek modül değerlerinin %5 hacimli bakır pulları ile elde edildiği görülebilir (örneğin, 26,7°C'de 2278 MPa). Camsı geçişin başlangıcındaki bu modül, saf PA12'ye kıyasla pullarla %54 daha yüksektir. Bu, eğilme fikstüründeki test ekseni ile hizalanan xy düzlemindeki pulların baskın yönelimi ile açıklanabilir. Pulların baskın yönelimi bu makalede gösterilmiş ve analiz edilmiştir.

Bakır dolguların kayıp modülü ve tan δ üzerindeki etkisi

Şekil 2, Şekil 1'de sunulan aynı numunelerin kayıp modülü E" ve tan δ sonuçlarını göstermektedir.

Bu sonuçlar aynı zamanda karakteristik maksimumların incelenen örnek varyasyonlarından bağımsız olduğunu göstermektedir.

Malzeme performansı nasıl başarılı bir şekilde değiştirilir

Ölçümler, SLS parçalarının sertliğinin, en-boy oranlarından bağımsız olarak dolgu maddelerinin eklenmesiyle arttığını doğrulamaktadır. Ayrıca Cu pulları gibi daha yüksek en-boy oranlarına sahip dolgu maddeleri için small dolgu maddesi içeriklerinin bile modülde %54 artış gibi önemli bir etkiye sahip olabileceği gösterilmiştir. Bu, SLS sürecinde işlenmesi zor olabilecek tamamen yeni bir polimere geçmeden malzeme performansını değiştirmek için kullanılabilir.

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.

Kaynaklar

[1] Lanzl, L., Wudy, K., Greiner, S., Drummer D., Selective Bakır Dolgulu Poliamid 12'nin Lazer Sinterlemesi: Toz Özellikleri ve Proses Davranışının Karakterizasyonu, Polimer Kompozitler, s. 1801-1809, 2019