Durante las últimas semanas, hemos estado analizando varios polímeros con funciones de ingeniería adicionales.
Hasta ahora, hemos analizado aquellos con propiedades eléctricas alteradas, como materiales conductores de electricidad y materiales seguros para ESD . Estos materiales tenían varios niveles de resistividad superficial que permitían que la carga fluyera a través del material a diferentes velocidades.
De manera análoga a los materiales conductores de electricidad en el dominio termodinámico, se encuentran los materiales conductores de calor. Son materiales que permiten la conducción de calor a través de su cuerpo.
¿Cual es el punto de eso? Para transportar el calor de un lugar a otro. Un disipador de calor es un gran ejemplo de este principio.
Disipador de calor impreso con filamento TCPoly Ice9. Crédito de la imagen: TCPoly
Materiales extruidos
Comenzando con los materiales extruidos, hay algunas opciones disponibles. Una empresa en particular se destaca, ya que afirman tener un material que es 50 veces más conductor térmico que los filamentos estándar.
TCPoly tiene lo que dicen ser el filamento más conductor térmico del planeta.
El material se llama Ice9 (porque es útil para enfriar cosas) y es un filamento termoplástico con 8 W / mK de conductividad térmica disponible en el mercado.
Sin embargo, si realmente imprime algo con él, puede aumentar hasta 15 W / mK. ¿Por qué cambia?
Porque conductividad térmica = K = (QL) / (AΔT)
Dónde,
- – K es la conductividad térmica en W / mK
- – Q es la cantidad de calor transferido a través del material en julios / segundo o vatios
- – L es la distancia entre los dos planos isotérmicos
- – A es el área de la superficie en metros cuadrados
- – ΔT es la diferencia de temperatura en Kelvin
Como puede ver, hay un par de variables relacionadas con la geometría de la pieza (L & A), y alterarlas afecta directamente el valor de K.
Para darle una ilustración de cuán térmicamente conductores son sus materiales, son tan térmicamente conductivos como el acero inoxidable pero con la mitad de la densidad del aluminio. ¡Frio!
Más búsquedas en esta área pueden llevarlo a una empresa llamada Tiamet3D , que tiene un filamento llamado Ultra Diamond PLA que es, según su propio sitio web, un filamento basado en PLA con nanodiamantes industriales.
Su propaganda de producto afirma que Ultra Diamond PLA tiene «alta transferencia térmica: 3x-5x más que el PLA estándar».
El PLA tiene una conductividad térmica de aproximadamente 0,13 W / (m * K). ABS normal 0,25. El acero tiene entre 10 y 50 W / (m * K), dependiendo de la aleación y otros factores.
Materiales sinterizados
Al igual que los materiales modificados eléctricamente de los últimos artículos, los polvos AM no sufren el problema de sedimentación / flotación debido a las diferentes densidades, ya que las partículas de polvo individuales tienden a recubrirse, lo que permite una distribución uniforme de los polvos en la cámara de polvo.
Curiosamente, debido a los efectos geométricos y dimensionales de una pieza sobre la conductividad térmica, los artículos impresos con polvos en sistemas de tipo SLS pueden tener su conductividad térmica modificada simplemente alterando la densidad de empaque del polvo antes de sinterizarlo.
Una parte sólida conducirá el calor mejor que una espuma hecha de la misma sustancia.
Para ampliar ese concepto, este equipo de investigación ha demostrado que la mayor influencia en la conductividad térmica del polvo de poliamida 12 es la unión entre partículas. El empaque de mayor densidad significa un mejor contacto entre las partículas y una mejor unión.
Este otro equipo de investigación se ha basado en investigaciones anteriores sobre el recubrimiento de poliamida 12 con CNT (nanotubos de carbono) y confirmó que la adición de CNT aumenta marginalmente la conductividad térmica.
Fotopolímeros
Al igual que con los otros materiales funcionales que analizamos en los artículos anteriores, si está buscando una resina termoconductora, es posible que tenga que esperar un poco todavía.
Las mismas limitaciones que detienen las resinas conductoras eléctricas están en juego cuando se trata de resinas conductoras térmicas. Es decir, los aditivos tienden a asentarse, lo que significa que cualquier fotopolímero que se utilice con partículas añadidas físicamente (a diferencia de las partículas unidas químicamente) necesitará mezclarse hasta y posiblemente durante el proceso de impresión SLA / DLP.
Eso no quiere decir que no haya resinas conductoras térmicas en el horizonte. Actualmente todavía se encuentran en la fase de investigación por el momento.
Este artículo analiza la adición de nanocargas de arcilla Halloysite a la resina para aumentar la conductividad térmica de los moldes de plástico utilizados para el moldeo por inyección. La gestión térmica de los moldes es fundamental para extraer el calor del plástico fundido con el fin de reducir la deformación diferencial.
Hay otros equipos que trabajan con la adición de partículas de cobre, pero nuevamente, el mismo problema probablemente evitará que esta investigación se convierta en la corriente principal en el futuro inmediato.
Pensamientos finales
Como puede ver, en términos generales, los plásticos no son buenos para conducir el calor, aunque hay algunos valores atípicos que muestran que son posibles impresiones de plástico comparables a algunas aleaciones.
En su mayor parte, los plásticos están muy por debajo de lo que ofrecería una pieza de metal en términos de transferencia de calor.
Al igual que con los materiales anteriores que examinamos en las últimas semanas, parece que la gama más amplia de materiales conductores térmicos está disponible para quienes tienen impresoras 3D de deposición de filamentos , lo que no es sorprendente dada la proliferación de impresoras de filamentos que existen.
Y, naturalmente, debido a la naturaleza de la extrusión de filamentos, cuya materia prima conserva su forma y distribución de aditivos hasta que se extruye, es más fácil imprimir estos materiales con repetibilidad y mantener una calidad constante. Dicho esto, queda un largo camino por recorrer antes de que los filamentos puedan igualar los metales en términos de conductividad térmica.
Pero como puede ver, hay investigaciones en curso sobre otros métodos de impresión para materiales térmicamente conductores, así que espere que lleguen nuevos materiales al mercado en el futuro.
