Additive Manufacturing (AM), mida tavaliselt nimetatakse 3D-printimiseks, kogub populaarsust elujõulise prototüüpimistehnikana ja keerukate struktuuride väga kohandatud komponentidena.
3D metallosade kuumtöötlemise mõjud
Metallist 3D-prinditud osad nõuavad sageli pärast valmistamist kuumtöötlust. See vähendab tootmisel tekkivaid sisepingeid ja võib muuta detaili mikrostruktuuri. See mikrostruktuuriline muutus muudab teatud omadusi, nagu sitkus, kõvadus jne. Nende hulgas on 3D-prinditud metallosade põhjaliku tihendamise meetod poorsuse vähendamiseks kuumisostaatpressimine (HIP).
HIP-protsess nõuab 3D-valmistoote asetamist surveanumasse ja selle täitmist inertgaasiga, tavaliselt argooniga. Rõhku suurendatakse pidevalt ja see võib ületada komponendi voolavuspiiri, säilitades samal ajal kõrgeid temperatuure. Kiire karastamise korral kasutab keerulisem HIP-protsess reguleeritavaid jahutus- ja kuumutamiskiirusi ning rõhutasemeid, et täpselt häälestada töödeldud osade kvaliteeti ja tõmbeomadusi.
Mida teeb polümeerist 3D-prinditud osade kuumtöötlus?
3D-printimise abil saab täpselt valmistada mitmesuguseid keerulisi geomeetriaid, kuid sellel on üks suur puudus, milleks on termilise järeltöötluse vajadus. Nendel 3D-prinditud osadel on kehvad mehaanilised omadused võrreldes survevalu abil toodetud osadega. Ebapiisav adhesioon kaetud filamentide ja virnastatud kihtide vahel võib põhjustada 3D-prinditud komponentide halbu mehaanilisi omadusi.
Viimased uuringud, mis avaldati ajakirjas Polymers, keskenduvad mehaaniliste omaduste, eriti tõmbe- ja survetugevuse parandamisele. Uurijad kasutasid uuringus 1,75 mm läbimõõduga PETG filamente. Tulemused näitasid, et polümeerist 3D-prinditud komponentide tõmbetugevus suurenes pärast kuumtöötlust oluliselt. Selle tulemusena oli kuumtöödeldud osadel üsna hea tõmbetugevus, kusjuures täielikult töödeldud osad näitasid 41,1 protsenti suuremat tugevust horisontaalsuunas kui töötlemata proovil ja 143,9 protsenti kõrgemat vertikaalsuunas kui kontrollproovil. Destruktiivne survekatse näitas termiliselt töödeldud proovikehade survetugevuse väärtuste olulist suurenemist, kusjuures survepinge oli kuni 118 MPa. See uuring näitas edukalt polümeermaterjalide tootmisjärgse kuumtöötluse positiivset mõju.
△ Survetugevuse näidisvahendid
Kuumtöödeldud 3D-prinditud polüpropüleenosad vaakumsüsteemidele
Ajakirja Journal of Manufacturing and Materials Processing uusim uurimus uurib kuumtöötlusprotsessi teostatavust 3D-prinditud polüpropüleeni kapseldamiseks vaakumtingimustes. Uuringud on leidnud, et kuumtöötlemine on pakendamisprotsessi jaoks väga tõhus.
Uurijad katsid 98-protsendilise täidisega trükitud ja pärast 15 iteratsiooni kuumtöötlust pitseeritud osa, mille keskmine väärtus oli 0,4 m Torr ja 95-protsendiline usaldusvahemik 0,2 m Torr. Uuring näitas edu 400-kraadise 55-teise kuumutuspüstoli kasutamisel vaakumtundlike pindade tihendamiseks, suurendades saavutatud minimaalset vaakumrõhku.
△ Lõplik rõhk, mis saavutati enne ja pärast kuumutamist ning 95-protsendiline usaldusvahemik iga täitmise kattumise protsendi jaoks
Kas kuumtöötlus mõjutab 3D-prinditud komponentide mõõtmete stabiilsust?
Teadlased avaldasid ajakirjas Composites A osa uuringu, milles uuriti kuumtöötluse mõju 3D-prinditud pideva süsinikkiuga (CCF) tugevdatud komposiitide stabiilsusele ja tõmbeomadustele. Proovide mõõtmete stabiilsuse hindamiseks kasutati trükitud kihtide morfoloogilisi muutusi ja dispersiooni. 3D-printimise tehnoloogia põhineb sulatatud hõõgniidi valmistamise (Fused filament production, FFF) meetodil, mida tuntakse pideva filamenti valmistamise (CFF) nime all.
C-CCFRC ja S-CCFRC on nimetused, mida kasutatakse vastavalt kontsentreeritud ja eraldatud CCF-kihtidega täiustatud proovide puhul. Pärast kuumtöötlust 100 kraadi ja 150 kraadi juures näitasid CCFRC-d suurepäraseid tõmbeomadusi, kuigi mõõtmete stabiilsus oli parem 100 kraadi juures, eriti S-CCFRC puhul. Maatriksi kristallilisus suurenes 17,42 protsendilt töötlemata proovis 22,76 protsendini 100 C kuumtöödeldud proovis, mis on 30,65 protsenti. Uuring näitas ka, et kuumtöötlus 100 kraadi ja 200 kraadi juures vähendas proovide läbilaskvust. Maatriksi madalam läbilaskvuse suundumus pärast kuumtöötlust on vastavuses selle suuruse nihkega. Seetõttu parandab kuumtöötlemine kuni 100 kraadi oluliselt proovide mõõtmete stabiilsust.
△ Erinevate kihtide arvujaotusega CCFRC termilise deformatsiooni diagrammid: (a) C-CCFRC ja (b) S-CCFRC enne kuumtöötlust; (c) C-CCFRC ja (d) S-CCFRC pärast kuumtöötlust 200 kraadi juures 4 tundi.
Kuumtöötluse mõju PLA osadele?
Fused Deposition Modeling (FDM) on populaarne lisandite valmistamise tehnika, millest PLA on kõige laialdasemalt kasutatav materjal. Oma viimases uuringus, mis avaldati ajakirjas Polymers, hindasid teadlased PLA-osade toimivust 3-punktpainutustestide abil pärast kuumtöötlust ning konstruktsiooni orientatsiooni, kihi paksust ja kiirust muutes.
Teadlased kasutasid 1,75 mm läbimõõduga PLA filamente. Xz valmistamiskonfiguratsioon, düüsi temperatuur 190 kraadi, et vältida proovi purunemist, ja optimaalsed printimisparameetrid on kiirus 90 mm/s ja kihi paksus 0,3 mm. Nende seadistustega valmistatud proovide termiline järeltöötlus 75 kraadi võrra näitas paindepinge suurenemist. Lõpuks näitavad tulemused, et elastne deformatsioon ja taastumine kuumtöötlemisel ei piira oluliselt maksimaalset jõudu. Uuringud näitavad, et ortoose saab 3D-printida tasapinnaliselt ja seejärel keerata, et need sobiksid inimese soovitud piirkonnaga.
Kokkuvõttes aitab kuumtöötlus parandada 3D-prinditud osade mehaanilisi omadusi, mõõtmete stabiilsust ja optilisi omadusi.