بررسي تاثير نرخ سردشدن قطعه پس از اتمام فرآيند تف‌جوشي انتخابي با كمك ليرز بر خواص مكانيكي و ساختار كريستالي پلي‌آميد 12

Cooling Down Process Effects on the Mechanical and Crystalline Properties of PA12 Parts Produced by Selective Laser Sintering

فرآيند تف‌جوشي انتخابي با كمك ليزر به‌دليل قابليت توليد قطعات با هندسه پيچيده همراه با عدم نياز به ساپورت‌گذاري بين روش‌هاي ساخت افزودني از استقبال بسياري برخوردار است. با وجود تحقيقات فراوان در اين فرآيند هنوز پژوهش‌ها در زمينه تاثير تاريخچه حرارتي بر بهبود خواص نهايي قطعات ساخته شده ادامه دارد. در اين مطالعه تاثير روش‌هاي متفاوت سردكردن قطعات پس از اتمام فرآيند تف‌جوشي انتخابي با كمك ليزر، بر خواص مكانيكي شامل استحكام و ازدياد طول قبل از شكست قطعات از جنس پلي‌آميد 12 بررسي شده است. براي اين منظور پس از اتمام فرآيند قطعات به سه روش با نرخ‌هاي متفاوت سرد شده و تغييرات دماي قطعات حين سردشدن توسط ترموكوپل‌هاي تعبيه شده درون پودر ثبت شده است. به‌منظور تفسير بهتر نتايج نرخ تشكيل كريستال در پليمر توسط مدل تشكيل كريستال غيرهم‌دما بررسي و در حالت‌هاي مختلف با يكيديگر مقايسه شده است. براي بررسي وضعيت شبكه كريستالي، از آزمون گرماسنجي روبشي تفاضلي و تفرق اشعه ايكس نيز بهره گرفته شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه مقدار استحكام مكانيكي در حالت سردشدن آرام حدود 5% و مقدار شبكه كريستالي نيز به ميزان 10% نسبت به دو حالت ديگر افزايش داشته است. بررسي نرخ تشكيل كريستال با استفاده از مدل تشكيل كريستال غيرهم‌دماي ناكامورا نيز نشان مي‌دهد كه هرچه نرخ سردكردن آرام‌تر باشد مدت زمان بيشتري براي تشكيل شبكه كريستالي لازم خواهد بود. نرخ تشكيل كريستال آرام‌تر منجر به افزايش ميزان درصد شبكه كريستالي در قطعات شد كه استحكام بيشتر اين نمونه‌ها را توجيه مي‌نمايد. نتايج آزمون تفرق اشعه ايكس نيز حاكي از تشكيل يك نوع كريستال از نوع گاما در ساختار تمامي نمونه‌ها بود.

Selective laser sintering is one of the most popular additive manufacturing techniques used in recent years, due to its capability to build complicated geometries without the support structure. Thermal history plays a major role in the mechanical properties of the final product. In this research, the effects of different cooling down processes on mechanical properties of PA12 parts produced by selective laser sintering have been investigated. For this purpose, temperature changes of different points inside the powder bed during the built and cool down process have been monitored and recorded. Crystallization kinetics for the produced parts has been investigated by the non-isothermal crystallization model to help the interpreting of the results. Differential scanning calorimetry and X-ray powder diffraction (XRD) analysis were performed to find the degree of crystallinity and its possible correlation with mechanical properties. The results indicated that the parts cooled with the lower cooling rate showed 5% higher tensile strength and 10% more crystalline structure fraction comparing with the other two cool down methods. The results of crystallization kinetics for the produced parts by non-isothermal crystallization model showed that a lower cooling down rate led to slower crystallization in the component. The degree of crystallinity of the slow cooling down parts was about 10 percent more than the other samples. Based on the XRD results, the crystalline structure of the parts in all cooling down processes was the same (γ form crystal).