选择性激光烧结（SLS）：如何受到热扩散率的影响

聚合物粉末的导电填料，如铜球和薄片，影响添加剂制造方法。激光闪光分析使得能够识别过程设置以打印最佳质量部件。

图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

先前的文章详细介绍了将导电填料添加到PA12粉末的动机，并为热管理生产复杂的组件选择性激光烧结(SLS)工艺．

还概述了样品制剂的各种步骤，这对于结果的质量至关重要。

不同粉末混合物的不同印刷温度

聚合物技术研究所（LKT）研究人员在埃尔兰堡大学 - 纽伦堡大学，作为研究的一部分准备了样品。^［1］在那里它们使用了各种铜球和薄片的不同内容物：5和10体积％的铜球和5体积％的铜薄片。

能量密度为0.043 j / mm²对于所有材料保持不变，以确定作为填料的过程行为的任何欧洲杯足球竞彩变化。针对PA12 / Cu球体粉末测定了167℃的实验性构建温度。

对于PA12 / Cu薄片混合物，有必要将构建温度增加至173℃。假设是导热性增加和较低的比热容量可能是原因。因此，可以采用以下分析来彻底检查这些效果。

如何分析热扩散率

美国NETZSCH分析与测试有限公司LFA 467 Hyperflash^®对PA12粉末与铜颗粒的不同混合体系与纯PA12材料的热扩散率进行了评价。欧洲杯猜球平台

短光脉冲加热样品的底面，并使用红外探测器，测量后表面温度的增加作为时间的函数。

一旦样品温度稳定，就重复该温度步骤，并且闪光灯也在几分钟内射击多次。样品的制备是这里详述的一个极其关键因素。

加载样品后，在下表中列出的条件下开始测量:

表1。测量条件。来源:NETZSCH-Geratebau GmbH是一家

．	．
样品架	Z方向：12.7 mm方形X和Y方向：层压样品夹12.7 mm
大气	N2
气流	100毫升/分钟
测温点	25 40 60 80 100 120 140 160 168 180°c

铜球如何影响热扩散率

的NETZSCH蛋白质^®软件自动提供了一个合适的模型来测量数据，便于计算的半倍，图1。

图1。检测器信号的示例作为25°C的时间函数，其中拟合曲线（红色）用于样品，具有5 Vol％Cu球体。图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

图2展示了纯PA12与PA12/铜球混合物相比，热扩散率随温度和样品取向的函数分析。

图2。在三个测量方向上热扩散率的温度依赖性：纯PA 12样品的比较和PA 12 / Cu球体混合物。图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

如预期的那样，整齐的PA12样品没有显示出方向性，并且热扩散值是最小的。它们显示一般减少随着温度的增加而达到熔化温度。

与纯PA12相比，具有5Vol％Cu球体的样品表现出适度增加的热扩散率值，并且具有10Vol％Cu球体的样品显示了三种材料的最大值。欧洲杯足球竞彩

这是由于与绝缘基体相比，铜具有更高的热扩散率。对于大多数样品来说，由于球体的各向同性特性，没有方向性。

然而，当Cu球体积为10 vol%时，样品在厚度方向z上的热扩散率比其他两个方向略低，这可能是由于这些样品的孔隙率更大，这是Lanzl等人记录的。^［1］

LFA结果表明在z方向上的层间孔隙率比在xy平面上的层间孔隙率高。

铜薄片如何影响热扩散率

图3显示了对铜薄片不同行为的观察;在这里，对所有样品在x方向和薄片在所有三个方向的热扩散率测量进行了比较。

图3。在三个测量方向上热扩散率的温度依赖性：PA 12 / Cu薄片和各向同性材料的比较（蓝 - 仅X方向）。欧洲杯足球竞彩图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

薄片对具有球形和整体PA12的其他混合物的热扩散性显示出更大的值。基于填料的2D特征预期高度各向异性。

最大的热扩散率在Y方向上记录，然后X方向记录。通过Z方向上的层的厚度，实现最低值。这在XY平面中表示较高的优先取向，这可能是由于粉末施加过程的结果。

图4显示了Lanzl等人记录的单层PA12 / Cu薄片混合物的横截面的显微镜图像。^［1］图像显示颗粒彼此接触，这意味着材料的总热阻（或者，这里，横欧洲杯猜球平台截面）应降低到最小值。

图4。单层PA12和5卷%铜薄片^［1］．图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

大多数填充器水平排列，这与xy平面有关。然而，可以观察到一些薄片倾斜了一个角度，与所有其他样品相比，这导致在z方向上更高的热扩散率。

热扩散率测量值对填充物的取向及其彼此的接近度提供相当大的见解，而无需额外的光学成像。

如何确定导热率

为了进一步的研究或模拟，以及热扩散系数(a)，需要导热系数(l)。要计算热导率，精确的热容(c_P.）也需要密度（R）：

λ（t）= a（t）∙c_P.（t）∙ρ（t）

比热容和热扩散率都是温度的函数。c_P.-这里有详细的测量数据。

然而，密度要求在室温下重复使用密度，以及评估的温度范围的热膨胀系数:

RT∙ρ(T) =ρα_V.（t）

采用水性浮选方法用水，评估室温下的密度：使用热机械分析仪（TMA），测量热膨胀系数（α），这将在后面的制品中解释。

膨胀系数与方向有关，计算公式如下:

α_V.=(α_X+α._y+α._Z.) / 3

更高的铜含量=较高的导热率

图6展示了所得计算的导热率值如何作为各种材料和混合物的温度的函数绘制。欧洲杯足球竞彩

图5。在三个方向上进行热导率的温度依赖性，用于整齐PA 12和PA12 / Cu混合物。图片信用：netzsch-gerätebaugmbh

可以看到与热扩散率相同的趋势:

• 随着铜含量的增加，导热率增加。
• 铜球主要表现为各向同性行为。数值的差异与样品的孔隙率成正比。
• 铜薄片随着填料部分触摸和限制复合材料的电导率阻力而表现出最大的导热率。
• 铜薄片由于其二维几何形状和粉末应用过程表现出各向异性行为。

然而，除了低温下的中等曲率之外，较低的温度依赖性与C的温度依赖性相连_P.价值观。

基于分析结果优化过程设置

为了在热管理中施加这种导电填料，由于涂覆过程和填充物几何形状，修改3D印刷部件的位置以考虑任何各向异性至关重要。

关于过程设置，特别是构建温度，注意到需要在173℃的构建温度下加工薄片的混合物，其比带球体的混合物更6°C。

较高的导热系数和较低的比热极限都导致化合物的蓄热能力和散热能力的降低，特别是在xy平面，铜薄片的导电性最高。

预计激光输入的能量分布更快，导致温度更低。因此，增加建造温度可以抵消这种影响。为了更好地理解不同填料形状对能量输入的影响，Lanzl等人研究了单层的厚度。

发现与Cu薄片的混合物的层厚度相当稀释。研究人员将这一点归因于XY平面中的导热率大于厚度方向和激光器的增加的漫反射，这引起了较低的能量输入。

补充分析显示了了解热扩散性和导电性的变化是多么关键SLS过程同时也知道最合适的流程设置。

参考文献

1. 7 .刘志强，刘志强，刘志强，刘志强，激光烧结铜基聚酰胺材料的研究进展，复合材料学报，pp. 1301 - 1309, 2019:铜填充聚酰胺12的选择性激光烧结12：粉末性能和工艺行为的表征 - LANZL - 2019 - 聚合物复合材料 - Wiley在线图书馆

此信息来源于NETZSCH-Gerätebau GmbH提供的资料。欧洲杯足球竞彩

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