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- 技術應用 -
08.Nov.2021

熱傳導TC 3D列印材料之熱導值測試應用

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3D列印是一個不斷添加的過程,在電腦控制下層疊原材料,故又稱為積層製造/增材製造。現今生活中,3D列印的應用與成品觸及範圍相當廣泛,從建築、航天、醫療、教育、娛樂等,都逐漸能見到它存在的影子。最常見也最為入門的技術為熔融沉積成型,是將各種熱熔性的絲狀材料加熱熔化成型的方法,面對各式各樣的零部件、品種、造型的需求提升,在此前對於3D材料的熱性也自然而然被視為觀察點之一。

3D材料有ABS(樹脂)與PLA(聚乳酸)。透過穩態熱流計法,我們可以測試出3D列印材料在環境溫度下的熱傳導係數(W/mK),比如PLA、PETG、ABS。
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(圖1)分別為PLA(聚乳酸)、ABS(樹脂)和PET-G
 
在此技術中,我們給予樣品在軸向上的穩態溫度,透過加熱後產生的溫度差,測得樣品的熱導率。GHFM-02帶有限制橫向熱損失的防護裝置(見圖2),避免橫軸上的熱流失,可用於測量多樣固體的熱阻和熱導率,比如金屬、聚合物和復合材料。
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(圖2)GHFM-02為可攜式穩態熱流計
 
在檢測前,我們可以利用隨儀器所提供的已知熱導率和厚度的參考樣品,進行校準。依據既有公式Rs = (d/λ),熱導率(λ)、厚度(d)、熱阻(Rs),只要樣品在GHFM-02中受溫度梯度影響,並達熱平衡時,儀器便會記錄到三個溫度TU(高溫)、TL(低溫)和TH(散熱器上方的溫度)。根據這些溫度得到溫差 ΔTs = TU-TL 和 ΔTB = (TL-TH),以此計算出ΔTs/ΔTB的比率。測量參考樣品後得出ΔTs/ΔTB函數的Rs曲線圖,產生校準曲線,再以此套用在未知樣品的測量上,便可從其溫差中獲得Rs值。最後代入Rs = (d/λ)方程式,得該樣品之熱導率。
 
材料 厚度(mm) 熱傳導係數(W/mK)
PLA 6.57 0.18
PET-G 6.47 0.18
ABS 6.43 0.17
(表1)使用GHFM-02測量的3D列印材料的熱導率。(環境條件為27°C)

 

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