Additive Manufacturing (AM), vanligen kallad 3D-utskrift, vinner popularitet som en livskraftig prototypteknik och mycket anpassade komponenter i komplexa strukturer.
Effekter av värmebehandlande 3D-metalldelar
Metall 3D-printade delar kräver ofta ett värmebehandlingssteg efter tillverkningen. Det minskar de inre spänningarna som bildas under tillverkningen och kan förändra detaljens mikrostruktur. Denna mikrostrukturella förändring förändrar vissa egenskaper såsom seghet, hårdhet, etc. Bland dem är en metod för att noggrant förtäta 3D-printade metalldelar för att minska porositeten varm isostatisk pressning (HIP).
HIP-processen kräver att man placerar den färdiga 3D-produkten i ett tryckkärl och sedan fyller den med en inert gas, vanligtvis argon. Trycket höjs kontinuerligt och kan överstiga komponentens sträckgräns med bibehållen höga temperaturer. Med snabb härdning använder den mer komplexa HIP-processen justerbara kyl- och uppvärmningshastigheter och trycknivåer för att exakt justera kvaliteten och dragegenskaperna hos bearbetade delar.
Vad gör värmebehandling för 3D-printade polymerdelar?
En mängd olika komplexa geometrier kan tillverkas exakt genom 3D-utskrift, men det har en stor nackdel, som är behovet av termisk efterbearbetning. Dessa 3D-printade delar har dåliga mekaniska egenskaper jämfört med delar som tillverkas genom formsprutning. Otillräcklig vidhäftning mellan belagda filament och staplade skikt kan leda till dåliga mekaniska egenskaper hos 3D-printade komponenter.
Den senaste forskningen, publicerad i tidskriften Polymers, fokuserar på att förbättra mekaniska egenskaper, särskilt drag- och tryckhållfasthet. Forskarna använde PETG-filament med en diameter på 1,75 mm för studien. Resultaten visade att draghållfastheten hos de polymera 3D-printade komponenterna ökade signifikant efter värmebehandling. Som ett resultat hade de värmebehandlade delarna ganska god draghållfasthet, där de helt behandlade delarna visade 41,1 procent högre hållfasthet i horisontell riktning än det obehandlade provet och 143,9 procent högre i vertikal riktning än kontrollen. Destruktiv trycktestning visade en signifikant ökning av tryckhållfasthetsvärdena för de värmebehandlade proverna, med tryckspänning så hög som 118 MPa. Denna studie avslöjade framgångsrikt den positiva effekten av värmebehandling efter tillverkning av polymermaterial.
△ Provmedel för tryckhållfasthet
Värmebehandlande 3D-tryckta polypropendelar för vakuumsystem
Den senaste forskningen i Journal of Manufacturing and Materials Processing undersöker möjligheten att tillämpa en värmebehandlingsprocess för att kapsla in 3D-printad polypropen under vakuumförhållanden. Studier har visat att värmebehandling är mycket effektiv för förpackningsprocessen.
Forskarna överlagrade delen tryckt med 98 procent fyllning och förseglade efter värmebehandling i 15 iterationer, med ett genomsnitt på 0,4 m Torr och ett 95 procents konfidensintervall på 0,2 m Torr. Studien visade framgång med att använda en 400 graders, 55-andra värmepistol för att täta vakuumkänsliga ytor, vilket ökade det lägsta vakuumtrycket som uppnåddes.
△Det slutliga trycket som uppnås före och efter uppvärmning och 95 procents konfidensintervall för varje fyllningsöverlappningsprocent
Påverkar värmebehandling dimensionsstabiliteten hos 3D-printade komponenter?
Forskarna publicerade en studie i Composites Part A som undersökte effekten av värmebehandling på stabiliteten och dragegenskaperna hos 3D-printade kontinuerliga kolfiber (CCF) förstärkta kompositer. Morfologiska förändringar och spridning av de tryckta skikten användes för att utvärdera dimensionsstabiliteten hos proverna. 3D-utskriftstekniken är baserad på en fused filament fabrication (FFF) metod känd som kontinuerlig filament fabrication (CFF).
C-CCFRC och S-CCFRC är namnen som används för prover förstärkta med koncentrerade respektive separerade CCF-lager. Efter värmebehandling vid 100 grader och 150 grader uppvisade CCFRC utmärkta dragegenskaper, även om dimensionsstabiliteten var bättre vid 100 grader, speciellt för S-CCFRC. Matriskristalliniteten ökade från 17,42 procent i det obehandlade provet till 22,76 procent i det 100 C värmebehandlade provet, en ökning med 30,65 procent. Studien fann också att värmebehandlingar vid 100 grader och 200 grader minskade permeabiliteten hos proverna. Den lägre permeabilitetstrenden för matrisen efter värmebehandling står i proportion till dess storleksförskjutning. Därför förbättrar värmebehandling upp till 100 grader avsevärt dimensionsstabiliteten hos proverna.
△ Termiska deformationsdiagram för CCFRC med olika lagernummerfördelningar: (a) C-CCFRC och (b) S-CCFRC före värmebehandling; (c) C-CCFRC och (d) S-CCFRC efter värmebehandling vid 200 grader i 4 timmar.
Effekten av värmebehandling på PLA-delar?
Fused Deposition Modeling (FDM) är en populär additiv tillverkningsteknik, varav PLA är det mest använda materialet. I sin senaste studie, publicerad i Polymers, utvärderade forskarna prestandan hos PLA-delar genom 3-punktböjningstester efter värmebehandling och genom att variera byggorientering, lagertjocklek och hastighet.
Forskarna använde PLA-filament med en diameter på 1,75 mm. Xz tillverkningskonfiguration, munstyckstemperatur på 190 grader för att förhindra att provet går sönder och optimala utskriftsparametrar är en hastighet på 90 mm/s och en lagertjocklek på 0,3 mm. En termisk efterbehandling på 75 grader på prover tillverkade med dessa inställningar visade en ökning av böjspänningen. Slutligen visar resultaten att elastisk deformation och återhämtning under värmebehandling inte signifikant begränsar den maximala kraften. Forskningen visar att ortoser kan 3D-printas platt och sedan vridas för att matcha den önskade delen av människokroppen.
Sammantaget bidrar värmebehandling till att förbättra de mekaniska egenskaperna, dimensionsstabiliteten och optiska egenskaperna hos 3D-utskrivna delar.