Az additív gyártás (AM), amelyet általában 3D nyomtatásnak neveznek, egyre népszerűbb, mint életképes prototípus-készítési technika és összetett szerkezetek nagymértékben testreszabott összetevői.
3D fém alkatrészek hőkezelésének hatásai
A fém 3D nyomtatott alkatrészek gyakran hőkezelést igényelnek a gyártás után. Csökkenti a gyártás során keletkező belső feszültségeket és megváltoztathatja az alkatrész mikroszerkezetét. Ez a mikroszerkezeti változás megváltoztat bizonyos tulajdonságokat, például szívósságot, keménységet stb. Ezek közül az egyik módszer a 3D-nyomtatott fémrészek alapos tömörítésére a porozitás csökkentése érdekében a forró izosztatikus préselés (HIP).
A HIP eljáráshoz a 3D készterméket nyomástartó edénybe kell helyezni, majd inert gázzal, általában argonnal meg kell tölteni. A nyomás folyamatosan növekszik, és magas hőmérséklet fenntartása mellett meghaladhatja az alkatrész folyáshatárát. A gyors kioltással a bonyolultabb HIP-eljárás állítható hűtési és fűtési sebességeket, valamint nyomásszinteket alkalmaz a megmunkált alkatrészek minőségének és szakítószilárdságának pontos beállításához.
Mit tesz a hőkezelés a polimer 3D-nyomtatott alkatrészeknél?
A 3D nyomtatással a legkülönfélébb összetett geometriák precízen előállíthatók, azonban van egy nagy hátránya, a termikus utófeldolgozás szükségessége. Ezek a 3D-nyomtatott részek gyenge mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a fröccsöntéssel előállított alkatrészekhez képest. A bevont filamentumok és a halmozott rétegek közötti elégtelen tapadás a 3D-nyomtatott alkatrészek rossz mechanikai tulajdonságaihoz vezethet.
A Polymers folyóiratban megjelent legújabb kutatás a mechanikai tulajdonságok, különösen a szakító- és nyomószilárdság javítására összpontosít. A kutatók 1,75 mm átmérőjű PETG filamenteket használtak a vizsgálathoz. Az eredmények azt mutatták, hogy a polimer 3D-nyomtatott alkatrészek szakítószilárdsága jelentősen megnőtt a hőkezelés után. Ennek eredményeként a hőkezelt részek meglehetősen jó szakítószilárdsággal rendelkeztek, a teljesen kezelt részek vízszintes irányban 41,1 százalékkal nagyobb szilárdságot mutattak, mint a kezeletlen minta, függőleges irányban pedig 143,9 százalékkal, mint a kontrollé. A roncsolásos nyomószilárdság vizsgálata a hőkezelt próbatestek nyomószilárdságának jelentős növekedését mutatta ki, 118 MPa nyomószilárdság mellett. Ez a tanulmány sikeresen feltárta a polimer anyagok gyártás utáni hőkezelésének pozitív hatását.
△ A nyomószilárdság mintaeszközei
Hőkezelő 3D nyomtatott polipropilén alkatrészek vákuumrendszerekhez
A Journal of Manufacturing and Materials Processing legújabb kutatása azt vizsgálja, hogy lehetséges-e hőkezelési eljárást alkalmazni a 3D-nyomtatott polipropilén vákuumkörülmények közötti kapszulázására. Tanulmányok kimutatták, hogy a hőkezelés nagyon hatékony a csomagolási folyamatban.
A kutatók a 98 százalékos kitöltéssel nyomtatott és 15 iterációig tartó hőkezelés után lezárt részt fedték le, átlagosan 0,4 m Torrral és 95 százalékos konfidenciaintervallumtal 0,2 m Torrral. A tanulmány sikeresnek bizonyult, amikor egy 400 fokos, 55-második hőfegyverrel lezárták a vákuumérzékeny felületeket, növelve az elért minimális vákuumnyomást.
△ A melegítés előtt és után elért végső nyomás, valamint az egyes töltési átfedési százalékok 95 százalékos konfidencia intervalluma
Befolyásolja-e a hőkezelés a 3D-nyomtatott alkatrészek méretstabilitását?
A kutatók a Composites Part A-ban publikáltak egy tanulmányt, amelyben a hőkezelés hatását vizsgálták a 3D-nyomtatott folytonos szénszállal (CCF) megerősített kompozitok stabilitására és szakítószilárdságára. A minták méretstabilitásának értékelésére a nyomtatott rétegek morfológiai változásait és diszperzióját használtam. A 3D nyomtatási technológia a fused filament fabrication (FFF) módszeren alapul, amelyet folyamatos filamentgyártásnak (CFF) neveznek.
A C-CCFRC és az S-CCFRC a koncentrált, illetve az elválasztott CCF rétegekkel javított minták elnevezése. 100 fokos és 150 fokos hőkezelést követően a CCFRC-k kiváló szakító tulajdonságokat mutattak, bár a méretstabilitás jobb volt 100 fokon, különösen az S-CCFRC esetében. A mátrix kristályossága a kezeletlen minta 17,42 százalékáról 22,76 százalékra nőtt a 100 C-on hőkezelt mintában, ami 30,65 százalékos növekedést jelent. A vizsgálat azt is megállapította, hogy a 100 fokos és 200 fokos hőkezelések csökkentették a minták áteresztőképességét. A mátrix hőkezelés utáni alacsonyabb permeabilitási trendje arányos a méreteltolódásával. Ezért a 100 fokos hőkezelés nagymértékben javítja a minták méretstabilitását.
△ CCFRC termikus alakváltozási diagramja különböző rétegszám-eloszlással: (a) C-CCFRC és (b) S-CCFRC hőkezelés előtt; (c) C-CCFRC és (d) S-CCFRC 200 fokos 4 órás hőkezelés után.
A hőkezelés hatása a PLA alkatrészekre?
A fused Deposition Modeling (FDM) egy népszerű additív gyártási technika, amelyből a PLA a legszélesebb körben használt anyag. A Polymers-ben megjelent legújabb tanulmányukban a kutatók a PLA alkatrészek teljesítményét 3-hőkezelést követő ponthajlítási tesztekkel, valamint az építési tájolás, a rétegvastagság és a sebesség változtatásával értékelték.
A kutatók 1,75 mm átmérőjű PLA filamenteket használtak. Az xz gyártási konfiguráció, a fúvóka 190 fokos hőmérséklete a mintatörés elkerülése érdekében, valamint az optimális nyomtatási paraméterek a 90 mm/s sebesség és a 0,3 mm-es rétegvastagság. Az ilyen beállításokkal készült minták 75 fokos termikus utókezelése a hajlítófeszültség növekedését mutatta. Végül az eredmények azt mutatják, hogy a rugalmas alakváltozás és a hőkezelés során bekövetkező visszanyerés nem korlátozza jelentősen a maximális erőt. A kutatás azt mutatja, hogy az ortézisek 3D-s lapra nyomtathatók, majd csavarhatók, hogy illeszkedjenek az emberi test kívánt területéhez.
Összességében a hőkezelés segít javítani a 3D nyomtatott alkatrészek mechanikai tulajdonságait, méretstabilitását és optikai tulajdonságait.