Additive Manufacturing (AM), almindeligvis omtalt som 3D-print, vinder popularitet som en levedygtig prototypeteknik og meget tilpassede komponenter i komplekse strukturer.
Effekter af varmebehandlende 3D metaldele
Metal 3D-printede dele kræver ofte et varmebehandlingstrin efter fremstilling. Det reducerer de indre spændinger, der dannes under fremstillingen og kan ændre delens mikrostruktur. Denne mikrostrukturelle ændring ændrer visse egenskaber såsom sejhed, hårdhed osv. Blandt dem er en metode til grundigt fortætning af 3D-printede metaldele for at reducere porøsiteten varm isostatisk presning (HIP).
HIP-processen kræver, at det færdige 3D-produkt placeres i en trykbeholder og derefter fyldes med en inert gas, normalt argon. Trykket øges kontinuerligt og kan overstige komponentens flydespænding, samtidig med at høje temperaturer opretholdes. Med hurtig bratkøling anvender den mere komplekse HIP-proces justerbare køle- og opvarmningshastigheder og trykniveauer for præcist at justere kvaliteten og trækegenskaberne af bearbejdede dele.
Hvad gør varmebehandling for polymer 3D-printede dele?
En lang række komplekse geometrier kan fremstilles præcist gennem 3D-print, men det har en stor ulempe, som er behovet for termisk efterbehandling. Disse 3D-printede dele har dårlige mekaniske egenskaber sammenlignet med dele fremstillet ved sprøjtestøbning. Utilstrækkelig vedhæftning mellem coatede filamenter og stablede lag kan føre til dårlige mekaniske egenskaber af 3D-printede komponenter.
Den seneste forskning, offentliggjort i tidsskriftet Polymers, fokuserer på at forbedre mekaniske egenskaber, især træk- og trykstyrke. Forskerne brugte PETG-filamenter med en diameter på 1,75 mm til undersøgelsen. Resultaterne viste, at trækstyrken af de polymere 3D-printede komponenter steg markant efter varmebehandling. Som et resultat heraf havde de varmebehandlede dele en ganske god trækstyrke, hvor de fuldt behandlede dele viste 41,1 procent højere styrke i vandret retning end den ubehandlede prøve og 143,9 procent højere i vertikal retning end kontrollen. Destruktiv tryktestning viste en signifikant stigning i trykstyrkeværdier for de varmebehandlede prøver med trykspænding så høj som 118 MPa. Denne undersøgelse afslørede med succes den positive effekt af post-fabrikation varmebehandling af polymermaterialer.
△ Prøvemidler til trykstyrke
Varmebehandlende 3D-printede polypropylendele til vakuumsystemer
Den seneste forskning i Journal of Manufacturing and Materials Processing undersøger muligheden for at anvende en varmebehandlingsproces til at indkapsle 3D-printet polypropylen under vakuumforhold. Undersøgelser har vist, at varmebehandling er meget effektiv til emballeringsprocessen.
Forskerne overlejrede delen udskrevet med 98 procent fyld og forseglet efter varmebehandling i 15 iterationer med et gennemsnit på 0,4 m Torr og et 95 procents konfidensinterval på 0,2 m Torr. Undersøgelsen fandt succes ved at bruge en 400 grader, 55-sekund varmepistol til at forsegle vakuumfølsomme overflader, hvilket øgede det opnåede minimumsvakuumtryk.
△Det endelige tryk opnået før og efter opvarmning og 95 procent konfidensintervallet for hver fyldningsoverlapningsprocent
Påvirker varmebehandling dimensionsstabiliteten af 3D-printede komponenter?
Forskerne offentliggjorde en undersøgelse i Composites Part A, der undersøgte effekten af varmebehandling på stabiliteten og trækegenskaberne af 3D-printede kontinuerlige kulfiber (CCF) forstærkede kompositter. Morfologiske ændringer og spredning af de trykte lag blev brugt til at evaluere dimensionsstabiliteten af prøverne. 3D-printteknologi er baseret på en smeltet filamentfremstillingsmetode (FFF) kendt som kontinuerlig filamentfremstilling (CFF).
C-CCFRC og S-CCFRC er de navne, der bruges til prøver forstærket med henholdsvis koncentrerede og adskilte CCF-lag. Efter varmebehandling ved 100 grader og 150 grader udviste CCFRC'er fremragende trækegenskaber, selvom dimensionsstabiliteten var bedre ved 100 grader, især for S-CCFRC. Matrixkrystalliniteten steg fra 17,42 procent i den ubehandlede prøve til 22,76 procent i den 100 C varmebehandlede prøve, en stigning på 30,65 procent. Undersøgelsen fandt også, at varmebehandlinger ved 100 grader og 200 grader reducerede prøvernes permeabilitet. Den lavere permeabilitetstendens af matrixen efter varmebehandling er i forhold til dens størrelsesforskydning. Derfor forbedrer varmebehandling op til 100 grader i høj grad prøvernes dimensionsstabilitet.
△ Termiske deformationsdiagrammer af CCFRC med forskellige lagnummerfordelinger: (a) C-CCFRC og (b) S-CCFRC før varmebehandling; (c) C-CCFRC og (d) S-CCFRC efter varmebehandling ved 200 grader i 4 timer.
Effekten af varmebehandling på PLA-dele?
Fused Deposition Modeling (FDM) er en populær additiv fremstillingsteknik, hvoraf PLA er det mest udbredte materiale. I deres seneste undersøgelse, offentliggjort i Polymers, evaluerede forskerne ydeevnen af PLA-dele ved 3-punktbøjningstest efter varmebehandling og ved at variere bygningsorientering, lagtykkelse og hastighed.
Forskerne brugte PLA-filamenter med en diameter på 1,75 mm. Xz-fabrikationskonfigurationen, dysetemperaturen på 190 grader for at forhindre prøvebrud og optimale udskrivningsparametre er en hastighed på 90 mm/s og en lagtykkelse på 0,3 mm. En termisk efterbehandling på 75 grader på prøver fremstillet ved hjælp af disse indstillinger viste en stigning i bøjningsspændingen. Endelig viser resultaterne, at elastisk deformation og genvinding under varmebehandling ikke begrænser den maksimale kraft væsentligt. Forskningen viser, at ortoser kan 3D-printes flade og derefter snoet, så de passer til det ønskede område af den menneskelige krop.
Alt i alt hjælper varmebehandling med at forbedre 3D-printede deles mekaniske egenskaber, dimensionsstabilitet og optiske egenskaber.