İzotropik Dolgu Maddelerinin SLS Parçalarının Büzülmesine Etkisi

Polimerler büzülür. Büzülmenin çoğu polimer işlemenin soğutma adımı sırasında gerçekleşir. İşleme koşullarına bağlı olarak, bitmiş plastik parça, sıcaklık ve nem içeriği stabilize olana kadar veya kullanım sırasında yeniden KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme veya gevşeme etkileri meydana gelirse çok az çekmeye devam edebilir. Büzülmeyi azaltmanın ve polimerlerin boyutsal stabilitesini artırmanın bir yolu da inorganik dolgu maddelerinin eklenmesidir. Bu, geleneksel polimer işlemede yaygın bir uygulama olmakla birlikte, Katmanlı Üretim topluluğu tarafından da benimsenmiştir; örneğin, Selective Lazer SinterlemeSinterleme, seramik veya metalik bir tozdan mekanik olarak güçlü bir gövde oluşturmak için kullanılan bir üretim sürecidir. Sinterleme (SLS) işleminde.

Katmanlı Üretim için uygun dolgu maddeleri: Cam boncuklar

Büzülmeyi maksimum düzeyde azaltmak, ancak işleme ile mümkün olan en düşük etkileşimi sağlamak için, polimer tozunun kendisi ile benzer boyut veya boyut dağılımına sahip izotropik, boncuk şekilli dolgu maddeleri kullanılabilir.

SLS'de kullanılan bu tür dolgu malzemeleri cam boncuklar ve özellikle polimerlerin hafiflik potansiyeline karşı koymayan içi boş cam boncuklardır.

Dolgulu bir sistemin termal genleşmesi (_ac) kabaca karışım kuralını takip eder:

_{αc=αm∙Vm+αf∙Vf}

burada m matrisi, f dolgu maddesini ve V % cinsinden hacim oranını göstermektedir.

cam ile doldurulmuş PA12 tozunun 3D baskı örnekleri

Örnekler, Wisconsin-Madison Üniversitesi Polimer Mühendisliği Merkezi'nde (PEC) researctarafından yapılan bir çalışmanın [1] parçası olarak hazırlanmıştır. Tipik_CO2 lazer yerine diyot lazerli bir Sinterit Lisa masaüstü SLS yazıcıda PA12 tozu (YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk = 0,95 ^g/cm3) ile cam boncukların (gerçek YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk = 0,456 ^g/cm3) farklı karışımlarını kullandılar. Baskı yatağı sıcaklığı 177,5°C'ye ayarlanmıştır.

3D baskılı numunelerin termal genleşmesi nasıl belirlenir?

NETZSCH Analyzing & Testing adresinde, dolgusuz numunelerin yanı sıra ağırlıkça %5 oranında içi boş cam boncuklarla doldurulmuş numuneler NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion^® kullanılarak analiz edilmiştir. Termal genleşme katsayısını (CTE) belirlemek için köpek kemiği numunelerinden üç farklı yönde numuneler kesilmiştir, Şekil 1.

Numunelerin boyutları x ve y yönünde 10x5x3.2 ^mm3 ve z yönünde 3.2x5x5 ^mm3'tür. TMA ölçümleri için hazırlanan numunelerin yoğunluğu dolgusuz numune için 0,974 ^g/cm3 ve ağırlıkça %5 dolgulu numune için 0,932 ^g/cm3 'tür. Bu, bir parçanın yoğunluğunun ve dolayısıyla ağırlığının cam boncuk ilavesinden etkilenmediğini göstermektedir.

Termal genleşme -20 ila 170ºC aralığında 5 K/dak ısıtma hızında ölçülmüştür. Tüm ölçüm koşulları aşağıdaki tabloda özetlenmiştir:

Tablo 1: Ölçüm koşulları

İzotropik termal genleşme

Ağırlıkça %5 cam boncuk içeren numunenin ölçümü için elde edilen grafik Şekil 2'de gösterilmektedir. 1'e yakın bir en-boy oranına sahip bu tür 3B dolgularda beklendiği gibi termal genleşmenin neredeyse izotropik olduğu görülebilir. Bununla birlikte, z yönündeki parçaların kalınlığı boyunca genleşmenin diğer iki yönden daha düşük olduğu da görülebilir. Bu, katmanlar arasındaki gözeneklilik etkileri veya katmanlar arasına kıyasla bir katman içindeki bağlanma gücündeki değişikliklerle ilgili olabilir.

Bu varsayımın geçerliliğine dair bir gösterge, çalışmadan elde edilen ek mekanik test sonuçları ile verilmiştir [1]. arc adresinden elde edilen sonuçlar, ağırlıkça %5'e kadar artan dolgu maddesi içeriği ile numunelerin kırılganlığının gözeneklilik nedeniyle arttığını göstermiştir.

Yazarlar ayrıca dolgu maddelerinin çekirdeklenme bölgeleri olarak hareket ettiğini ve PA12 tozunun KristalleşmeKristalleşme, kristallerin oluşumu ve büyümesi sırasında sertleşmenin fiziksel sürecidir. Bu işlem sırasında kristalleşme ısısı açığa çıkar.kristalleşme davranışını etkilediğini göstermiştir [1]. Aynı etki dolgu maddesi olarak bakır küreler ile de gözlemlenmiş ve gerekli DSC analizi burada açıklanmıştır!

Polimer Mühendisliği Merkezi Hakkında

arcPEC'in ilgi alanları geleneksel plastikler ve polimerik/metal kompozitlerden biyo-bazlı polimerlere ve kompozitlere; geleneksel süreçlerden yeni ve yenilikçi süreçlere; geometrik modelleme ve prototiplemeden süreç kontrolü ve otomasyona; nanofilm ve nanokompozitlerden mikro-hücresel plastiklere; gelişmiş modelleme ve simülasyondan tasarım ve üretim için İnternet ve Web tabanlı araçlara kadar uzanmaktadır.

Kaynaklar

[1] Klett, J., Osswald, T.A., Cholewa, S., Cam kabarcıklı iM16K poliamid 12 kompozitlerinin Selective Lazer SinterlemeSinterleme, seramik veya metalik bir tozdan mekanik olarak güçlü bir gövde oluşturmak için kullanılan bir üretim sürecidir. Sinterleme için incelenmesi, ANTEC konferansı 2020, March 31, 2020