Additive Manufacturing (AM), ofte referert til som 3D-utskrift, blir stadig mer populær som en levedyktig prototypingsteknikk og svært tilpassede komponenter i komplekse strukturer.
Effekter av varmebehandlende 3D-metalldeler
Metall 3D-printede deler krever ofte et varmebehandlingstrinn etter fabrikasjon. Det reduserer de indre spenningene som dannes under produksjon og kan endre mikrostrukturen til delen. Denne mikrostrukturelle endringen endrer visse egenskaper som seighet, hardhet osv. Blant dem er en metode for å grundig fortette 3D-printede metalldeler for å redusere porøsiteten varm isostatisk pressing (HIP).
HIP-prosessen krever å plassere det ferdige 3D-produktet i en trykkbeholder og deretter fylle det med en inert gass, vanligvis argon. Trykket økes kontinuerlig og kan overstige flytegrensen til komponenten samtidig som høye temperaturer opprettholdes. Med rask bråkjøling bruker den mer komplekse HIP-prosessen justerbare kjøle- og oppvarmingshastigheter og trykknivåer for nøyaktig å justere kvaliteten og strekkegenskapene til maskinerte deler.
Hva gjør varmebehandling for polymer 3D-printede deler?
Et bredt utvalg av komplekse geometrier kan fremstilles nøyaktig gjennom 3D-utskrift, men det har en stor ulempe, som er behovet for termisk etterbehandling. Disse 3D-printede delene har dårlige mekaniske egenskaper sammenlignet med deler produsert ved sprøytestøping. Utilstrekkelig vedheft mellom belagte filamenter og stablede lag kan føre til dårlige mekaniske egenskaper til 3D-printede komponenter.
Den siste forskningen, publisert i tidsskriftet Polymers, fokuserer på å forbedre mekaniske egenskaper, spesielt strekk- og trykkfasthet. Forskerne brukte PETG-filamenter med en diameter på 1,75 mm for studien. Resultatene viste at strekkfastheten til de polymere 3D-printede komponentene økte betydelig etter varmebehandling. Som et resultat hadde de varmebehandlede delene ganske god strekkfasthet, hvor de ferdigbehandlede delene viste 41,1 prosent høyere styrke i horisontal retning enn den ubehandlede prøven og 143,9 prosent høyere i vertikal retning enn kontrollen. Destruktiv trykktesting viste en signifikant økning i trykkstyrkeverdier for de varmebehandlede prøvene, med trykkspenning så høy som 118 MPa. Denne studien avslørte vellykket den positive effekten av varmebehandling av polymermaterialer etter fabrikasjon.
△ Prøvemidler for trykkstyrke
Varmebehandlende 3D-trykte polypropylendeler for vakuumsystemer
Den siste forskningen i Journal of Manufacturing and Materials Processing undersøker muligheten for å bruke en varmebehandlingsprosess for å innkapsle 3D-trykt polypropylen under vakuumforhold. Studier har funnet at varmebehandling er svært effektiv for pakkeprosessen.
Forskerne la over delen som var trykt med 98 prosent fylling og forseglet etter varmebehandling i 15 iterasjoner, med et gjennomsnitt på 0,4 m Torr og et 95 prosent konfidensintervall på 0,2 m Torr. Studien fant suksess ved å bruke en 400 graders, 55-andre varmepistol for å forsegle vakuumfølsomme overflater, og øke minimumsvakuumtrykket som oppnås.
△Det endelige trykket oppnådd før og etter oppvarming og 95 prosent konfidensintervall for hver fyllingsoverlappingsprosent
Påvirker varmebehandling dimensjonsstabiliteten til 3D-printede komponenter?
Forskerne publiserte en studie i Composites Part A som undersøkte effekten av varmebehandling på stabiliteten og strekkegenskapene til 3D-printede kontinuerlige karbonfiber (CCF) forsterkede kompositter. Morfologiske endringer og spredning av de trykte lagene ble brukt for å evaluere dimensjonsstabiliteten til prøvene. 3D-utskriftsteknologi er basert på en fused filament fabrication (FFF) metode kjent som kontinuerlig filament fabrication (CFF).
C-CCFRC og S-CCFRC er navnene som brukes for prøver forsterket med henholdsvis konsentrerte og separerte CCF-lag. Etter varmebehandling ved 100 grader og 150 grader, viste CCFRC-er utmerkede strekkegenskaper, selv om dimensjonsstabiliteten var bedre ved 100 grader, spesielt for S-CCFRC. Matrikskrystalliniteten økte fra 17,42 prosent i den ubehandlede prøven til 22,76 prosent i den 100 C varmebehandlede prøven, en økning på 30,65 prosent. Studien fant også at varmebehandlinger ved 100 grader og 200 grader reduserte permeabiliteten til prøvene. Den lavere permeabilitetstrenden til matrisen etter varmebehandling er i samsvar med størrelsesforskyvningen. Derfor forbedrer varmebehandling opp til 100 grader dimensjonsstabiliteten til prøvene betraktelig.
△ Termiske deformasjonsdiagrammer av CCFRC med forskjellige lagnummerfordelinger: (a) C-CCFRC og (b) S-CCFRC før varmebehandling; (c) C-CCFRC og (d) S-CCFRC etter varmebehandling ved 200 grader i 4 timer.
Effekten av varmebehandling på PLA-deler?
Fused Deposition Modeling (FDM) er en populær additiv produksjonsteknikk, hvorav PLA er det mest brukte materialet. I sin siste studie, publisert i Polymers, evaluerte forskerne ytelsen til PLA-deler ved 3-punktbøyetester etter varmebehandling og ved å variere byggeorientering, lagtykkelse og hastighet.
Forskerne brukte PLA-filamenter med en diameter på 1,75 mm. Xz-fabrikasjonskonfigurasjonen, dysetemperaturen på 190 grader for å forhindre prøvebrudd, og optimale utskriftsparametere er en hastighet på 90 mm/s og en lagtykkelse på 0,3 mm. En termisk etterbehandling på 75 grader på prøver fremstilt ved bruk av disse innstillingene viste en økning i bøyespenning. Til slutt viser resultatene at elastisk deformasjon og gjenvinning under varmebehandling ikke begrenser maksimal kraft nevneverdig. Forskningen viser at ortoser kan 3D-printes flatt og deretter vridd for å matche ønsket område av menneskekroppen.
Alt i alt bidrar varmebehandling til å forbedre de mekaniske egenskapene, dimensjonsstabiliteten og de optiske egenskapene til 3D-printede deler.