Aditívna výroba (AM), bežne označovaná ako 3D tlač, si získava na popularite ako životaschopná technika prototypovania a vysoko prispôsobené komponenty zložitých štruktúr.
Účinky tepelného spracovania 3D kovových častí
Kovové 3D tlačené diely často vyžadujú po výrobe krok tepelného spracovania. Znižuje vnútorné napätia vznikajúce pri výrobe a môže zmeniť mikroštruktúru dielu. Táto mikroštrukturálna zmena mení určité vlastnosti, ako je húževnatosť, tvrdosť atď. Jednou z metód dôkladného zahustenia 3D tlačených kovových častí na zníženie pórovitosti je izostatické lisovanie za tepla (HIP).
Proces HIP vyžaduje umiestnenie hotového 3D produktu do tlakovej nádoby a následné naplnenie inertným plynom, zvyčajne argónom. Tlak sa neustále zvyšuje a pri udržiavaní vysokých teplôt môže prekročiť medzu klzu súčiastky. S rýchlym kalením komplexnejší proces HIP využíva nastaviteľné rýchlosti chladenia a ohrevu a úrovne tlaku na presné vyladenie kvality a ťahových vlastností obrábaných dielov.
Čo robí tepelné spracovanie pre polymérové diely vytlačené 3D?
Široká škála zložitých geometrií sa dá presne vyrobiť pomocou 3D tlače, má to však jednu veľkú nevýhodu, ktorou je potreba tepelného následného spracovania. Tieto 3D tlačené diely majú zlé mechanické vlastnosti v porovnaní s dielmi vyrobenými vstrekovaním. Nedostatočná adhézia medzi potiahnutými vláknami a naskladanými vrstvami môže viesť k zlým mechanickým vlastnostiam komponentov tlačených 3D.
Najnovší výskum publikovaný v časopise Polymers sa zameriava na zlepšenie mechanických vlastností, najmä pevnosti v ťahu a tlaku. Výskumníci na štúdiu použili PETG vlákna s priemerom 1,75 mm. Výsledky ukázali, že pevnosť v ťahu polymérových 3D tlačených komponentov sa po tepelnom spracovaní výrazne zvýšila. Výsledkom bolo, že tepelne spracované časti mali celkom dobrú pevnosť v ťahu, pričom plne spracované časti vykazovali o 41,1 percent vyššiu pevnosť v horizontálnom smere ako neošetrená vzorka a o 143,9 percent vyššiu vo vertikálnom smere ako kontrola. Deštruktívne tlakové skúšky ukázali významný nárast hodnôt pevnosti v tlaku pre tepelne upravené vzorky, s tlakom v tlaku až 118 MPa. Táto štúdia úspešne odhalila pozitívny efekt post-fabrikačného tepelného spracovania polymérnych materiálov.
△ Vzorové prostriedky pevnosti v tlaku
Tepelné spracovanie 3D tlačených polypropylénových dielov pre vákuové systémy
Najnovší výskum v časopise Journal of Manufacturing and Materials Processing skúma realizovateľnosť aplikácie procesu tepelného spracovania na zapuzdrenie 3D tlačeného polypropylénu vo vákuu. Štúdie zistili, že tepelné spracovanie je veľmi účinné pre proces balenia.
Výskumníci prekryli časť vytlačenú na 98 percent výplne a zapečatenú po tepelnom spracovaní počas 15 iterácií, s priemerom 0,4 m Torr a 95-percentným intervalom spoľahlivosti 0,2 m Torr. Štúdia zistila úspech pri použití 400-stupňovej, 55-sekundovej teplovzdušnej pištole na utesnenie povrchov citlivých na vákuum, čím sa zvýšil minimálny dosiahnutý vákuový tlak.
△Konečný tlak dosiahnutý pred a po zahriatí a 95-percentný interval spoľahlivosti pre každé percento prekrytia plnenia
Ovplyvňuje tepelné spracovanie rozmerovú stálosť 3D tlačených komponentov?
Vedci publikovali štúdiu v Composites Part A, ktorá skúmala vplyv tepelného spracovania na stabilitu a ťahové vlastnosti 3D tlačených kompozitov vystužených kontinuálnym uhlíkovým vláknom (CCF). Na vyhodnotenie rozmerovej stability vzoriek boli použité morfologické zmeny a disperzia vytlačených vrstiev. Technológia 3D tlače je založená na metóde výroby tavených filamentov (FFF) známej ako kontinuálna výroba filamentov (CFF).
C-CCFRC a S-CCFRC sú názvy používané pre vzorky vylepšené koncentrovanými a oddelenými vrstvami CCF. Po tepelnom spracovaní pri 100 stupňoch a 150 stupňoch vykazovali CCFRC vynikajúce vlastnosti v ťahu, hoci rozmerová stabilita bola lepšia pri 100 stupňoch, najmä pre S-CCFRC. Kryštalinita matrice sa zvýšila zo 17,42 percent v neošetrenej vzorke na 22,76 percent vo vzorke tepelne upravenej pri 100 °C, čo je nárast o 30,65 percent. Štúdia tiež zistila, že tepelné spracovanie pri 100 stupňoch a 200 stupňoch znížilo priepustnosť vzoriek. Nižší trend priepustnosti matrice po tepelnom spracovaní je úmerný jej rozmerovému posunu. Preto tepelné spracovanie až do 100 stupňov výrazne zlepšuje rozmerovú stabilitu vzoriek.
△ Diagramy tepelnej deformácie CCFRC s rôznym rozdelením počtu vrstiev: (a) C-CCFRC a (b) S-CCFRC pred tepelným spracovaním; (c) C-CCFRC a (d) S-CCFRC po tepelnom spracovaní pri 200 stupňoch počas 4 hodín.
Vplyv tepelného spracovania na PLA diely?
Fused Deposition Modeling (FDM) je populárna aditívna výrobná technika, z ktorej je PLA najpoužívanejším materiálom. Vo svojej najnovšej štúdii publikovanej v časopise Polymers výskumníci hodnotili výkonnosť dielov PLA pomocou 3-testov bodového ohybu po tepelnom spracovaní a menením orientácie zostavy, hrúbky vrstvy a rýchlosti.
Výskumníci použili PLA vlákna s priemerom 1,75 mm. Výrobná konfigurácia xz, teplota trysky 190 stupňov, aby sa zabránilo rozbitiu vzorky, a optimálne parametre tlače sú rýchlosť 90 mm/s a hrúbka vrstvy 0,3 mm. Tepelná dodatočná úprava 75 stupňov na vzorkách vyrobených s použitím týchto nastavení ukázala zvýšenie ohybového napätia. Nakoniec výsledky ukazujú, že elastická deformácia a zotavenie počas tepelného spracovania výrazne neobmedzujú maximálnu silu. Výskum ukazuje, že ortézy možno 3D vytlačiť naplocho a potom skrútiť tak, aby zodpovedali požadovanej oblasti ľudského tela.
Celkovo vzaté, tepelné spracovanie pomáha zlepšiť mechanické vlastnosti, rozmerovú stabilitu a optické vlastnosti 3D tlačených dielov.