热导聚合物材料在3D打印中的应用

在过去的几个星期里，我们一直在研究各种具有附加工程功能的聚合物。到目前为止，我们已经研究了那些具有改变的电学特性，例如导电材料和ESD-安全材料。这些材料具有不同的表面电阻率水平，允许电荷以不同的速率流过材料。在热力学领域，类似于导电材料的是热传导材料。这些材料允许热量通过它们的身体传导。

这有什么意义？把热量从一个地方传送到另一个地方。散热器就是这个原理的一个很好的例子。

用TCPolyIce 9长丝打印散热片。形象信用：TCpoly

挤压材料

从挤压材料开始，有几种选择可供选择。其中一家公司尤其引人注目，因为他们声称其材料的导热性比标准长丝高出50倍。

TCpoly它们声称的是地球上最热传导的长丝。

这种材料被命名为Ice 9(因为它对冷却材料很有用)，是一种热塑性长丝，具有8W/m-K的导热系数。

但是，如果你真的用它打印一些东西，那就会增加到15W/mK。为什么会变？

因为导热系数=K=(QL)/(AΔT)

哪里,

· -K是W/M.K中的导热系数

· Q是通过焦耳/秒或瓦茨传递的热量

· -L是两个等温平面之间的距离

· -A是地面面积(以平方米为单位)

· -ΔT是开尔文的温差

如你所见，其中有两个变量与零件(L&A)的几何形状有关，它们的改变直接影响到K的值。

为了给你一个例子，说明他们的材料是如何热传导，他们是热传导的不锈钢，但在一半的密度铝。凉爽的!

在这个区域的进一步搜索可能会让你找到一家名为Tiamet3D，根据他们自己的网站，他们有一种名为“超钻石聚乳酸”的长丝，它是一种以聚乳酸为基础的、带有工业纳米线的长丝。

他们的产品简介声称，超金刚石PLA具有“高热转移：比标准PLA多3x-5倍”。

PLA的热导率约为0.13W/(m*K)。正常ABS 0.25钢有10到50 W/(m*K)，这取决于合金和其他因素。

烧结材料

与上一篇文章中的电改性材料一样，AM粉末由于密度不同而不存在沉降/漂浮问题，因为单个粉末颗粒往往被包覆，使得粉末在粉末室中的分布均匀。

有趣的是，由于零件的几何和尺寸对导热系数的影响，在SLS型系统中，用粉末打印的物品在烧结前只需改变粉末的堆积密度就可以对其热导率进行改性。

固体部分比用同一物质制造的泡沫具有更好的热传导能力。

为了扩展这个概念，这个研究小组结果表明，对聚酰胺12粉末导热性能的影响最大的是粒子间的键合.高密度填料意味着颗粒之间更好的接触和更好的结合。

这其他研究小组在前人对碳纳米管包覆聚酰胺12的研究的基础上，证实了碳纳米管的加入确实略微提高了热导率。

光聚合物

和我们在前几篇文章中看到的其他功能材料一样，如果你在寻找一种热传导树脂，你可能还需要等待一段时间。

同样的限制，阻止导电树脂发挥作用，当它涉及到热传导树脂。也就是说，添加剂有沉降的趋势，这意味着任何与物理添加的粒子(相对于化学键合粒子)一起使用的光致聚合物都需要混合到SLA/DLP打印过程中。

这并不是说在地平线上没有任何导热树脂。他们目前仍处于研究阶段。

本文讨论了在树脂中加入纳米石榴石纳米粘土，以提高注射成型用塑料模具的导热系数。模具的热管理是从熔融塑料中提取热量以减少差异翘曲的关键。

还有其他研究小组致力于添加铜粒子，但同样的问题可能会阻止这项研究在不久的将来成为主流。

正如你所看到的，一般说来，塑料对传导热并不是很好，尽管有一些异常值表明塑料指纹可以与某些合金相媲美。

在大多数情况下，塑料远远低于一块金属在传热方面所能提供的。

和我们在过去几周所研究的材料一样，似乎最广泛的导热材料也适用于长丝沉积3D打印机，这并不奇怪，因为那里的长丝打印机的扩散。

自然地，由于长丝挤压的性质，其原料在挤压前保持形状和添加剂分布，更容易打印出重复性好、质量稳定的材料。也就是说，长丝要在导热系数上与金属相匹配还有很长的路要走。

但正如你所看到的，目前正在对其他热传导材料的打印方法进行研究，因此期待新材料在未来上市。