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2021.Nov.08

热传导-TC 3D打印材料之热导值测试应用


3D打印是一个不断添加的过程,在计算机控制下层迭原材料,故又称为积层制造/增材制造。现今生活中,3D打印的应用与成品触及范围相当广泛,从建筑、航天、医疗、教育、娱乐等,都逐渐能见到它存在的影子。常见也入门的技术为熔融沉积成型,是将各种热熔性的丝状材料加热熔化成型的方法,面对各式各样的零部件、品种、造型的需求提升,在此前对于3D材料的热性也自然而然被视为观察点之一。
 
3D材料有ABS(树脂)与PLA(聚乳酸)。透过稳态热流计法,我们可以测试出3D打印材料在环境温度下的热传导系数(W/mK),比如PLA、PETG、ABS。
PLA(聚乳酸)、ABS(树脂)和PET-G
(图1)分别为PLA(聚乳酸)、ABS(树脂)和PET-G

在此技术中,我们给予样品在轴向上的稳态温度,透过加热后产生的温度差,测得样品的热导率。GHFM-02带有限制横向热损失的防护装置(见图2),避免横轴上的热流失,可用于测量多样固体的热阻和热导率,比如金属、聚合物和复合材料。
GHFM-02为可携式稳态热流计
(图2)GHFM-02为可携式稳态热流计
 
在检测前,我们可以利用随仪器所提供的已知热导率和厚度的参考样品,进行校准。依据既有公式Rs = (d/λ),热导率(λ)、厚度(d)、热阻(Rs),只要样品在GHFM-02中受温度梯度影响,并达热平衡时,仪器便会记录到三个温度TU(高温)、TL(低温)和TH(散热器上方的温度)。根据这些温度得到温差 ΔTs = TU-TL 和 ΔTB = (TL-TH),以此计算出ΔTs/ΔTB的比率。测量参考样品后得出ΔTs/ΔTB函数的Rs曲线图,产生校准曲线,再以此套用在未知样品的测量上,便可从其温差中获得Rs值。代入Rs = (d/λ)方程式,得该样品之热导率。
 
材料 厚度(mm) 热传导系数(W/mK)
PLA 6.57 0.18
PET-G 6.47 0.18
ABS 6.43 0.17
(表1)使用GHFM-02测量的3D打印材料的热导率。(环境条件为27°C)
 
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