Piedevu ražošana (AM), ko parasti dēvē par 3D drukāšanu, kļūst arvien populārāka kā dzīvotspējīga prototipu veidošanas tehnika un ļoti pielāgoti sarežģītu struktūru komponenti.
3D metāla detaļu termiskās apstrādes ietekme
Metāla 3D drukātajām daļām pēc izgatavošanas bieži ir nepieciešama termiskā apstrāde. Tas samazina ražošanas laikā radušos iekšējos spriegumus un var mainīt detaļas mikrostruktūru. Šīs mikrostrukturālās izmaiņas maina noteiktas īpašības, piemēram, stingrību, cietību utt. Viena no 3D drukāto metāla detaļu rūpīgas blīvēšanas metodēm porainības samazināšanai ir karstā izostatiskā presēšana (HIP).
HIP procesam nepieciešams ievietot 3D gatavo produktu spiedtvertnē un pēc tam piepildīt ar inertu gāzi, parasti argonu. Spiediens tiek nepārtraukti palielināts un var pārsniegt komponenta tecēšanas robežu, vienlaikus saglabājot augstu temperatūru. Ar ātru dzēšanu sarežģītākajā HIP procesā tiek izmantoti regulējami dzesēšanas un sildīšanas ātrumi un spiediena līmeņi, lai precīzi noregulētu apstrādāto detaļu kvalitāti un stiepes īpašības.
Kāda ir termiskā apstrāde ar polimēru 3D drukātajām daļām?
Ar 3D drukāšanu var precīzi izgatavot dažādas sarežģītas ģeometrijas, taču tai ir viens būtisks trūkums, proti, nepieciešamība pēc termiskās pēcapstrādes. Šīm 3D drukātajām detaļām ir sliktas mehāniskās īpašības salīdzinājumā ar detaļām, kas ražotas ar iesmidzināšanu. Nepietiekama saķere starp pārklātajiem pavedieniem un sakrautajiem slāņiem var izraisīt 3D drukāto komponentu sliktas mehāniskās īpašības.
Jaunākais pētījums, kas publicēts žurnālā Polymers, ir vērsts uz mehānisko īpašību, īpaši stiepes un spiedes stiprības, uzlabošanu. Pētnieki pētījumā izmantoja PETG pavedienus ar diametru 1,75 mm. Rezultāti parādīja, ka polimēru 3D drukāto komponentu stiepes izturība pēc termiskās apstrādes ievērojami palielinājās. Rezultātā termiski apstrādātajām detaļām bija diezgan laba stiepes izturība, un pilnībā apstrādātajām daļām bija par 41,1 procentiem lielāka izturība horizontālā virzienā nekā neapstrādātajam paraugam un par 143,9 procentiem augstāka vertikālā virzienā nekā kontrolei. Destruktīvā spiedes pārbaude uzrādīja ievērojamu spiedes stiprības vērtību pieaugumu termiski apstrādātiem paraugiem ar spiedes spriegumu līdz 118 MPa. Šis pētījums veiksmīgi atklāja polimēru materiālu pēcapstrādes termiskās apstrādes pozitīvo efektu.
△ Spiedes stiprības līdzekļu paraugs
Termiski apstrādājamas 3D drukātas polipropilēna daļas vakuuma sistēmām
Jaunākais pētījums žurnālā Ražošanas un materiālu apstrāde pēta termiskās apstrādes procesa pielietošanas iespējamību, lai vakuuma apstākļos iekapsulētu 3D drukātu polipropilēnu. Pētījumos atklāts, ka termiskā apstrāde ir ļoti efektīva iepakošanas procesā.
Pētnieki pārklāja daļu, kas bija drukāta ar 98 procentu aizpildījumu un pēc termiskās apstrādes 15 atkārtojumiem aizzīmogota ar vidējo 0,4 m Torr un 95 procentu ticamības intervālu 0,2 m Torr. Pētījums atklāja panākumus, izmantojot 400 grādu 55-otro karstuma pistoli, lai noblīvētu pret vakuumu jutīgas virsmas, palielinot sasniegto minimālo vakuuma spiedienu.
△ Galīgais spiediens, kas sasniegts pirms un pēc karsēšanas, un 95 procentu ticamības intervāls katram pildījuma pārklāšanās procentam
Vai termiskā apstrāde ietekmē 3D drukāto komponentu izmēru stabilitāti?
Pētnieki publicēja pētījumu kompozītmateriālu A daļā, kurā tika pētīta termiskās apstrādes ietekme uz 3D drukātu nepārtrauktu oglekļa šķiedru (CCF) pastiprinātu kompozītmateriālu stabilitāti un stiepes īpašības. Lai novērtētu paraugu izmēru stabilitāti, tika izmantotas morfoloģiskās izmaiņas un apdrukāto slāņu izkliede. 3D drukāšanas tehnoloģija ir balstīta uz kausēto pavedienu izgatavošanas (FFF) metodi, kas pazīstama kā nepārtraukta pavedienu izgatavošana (CFF).
C-CCFRC un S-CCFRC ir nosaukumi, ko izmanto attiecīgi paraugiem, kas uzlaboti ar koncentrētiem un atdalītiem CCF slāņiem. Pēc termiskās apstrādes 100 grādu un 150 grādu temperatūrā CCFRC uzrādīja lieliskas stiepes īpašības, lai gan izmēru stabilitāte bija labāka pie 100 grādiem, īpaši S-CCFRC. Matricas kristāliskums palielinājās no 17,42 procentiem neapstrādātā paraugā līdz 22,76 procentiem 100 C termiski apstrādātā paraugā, kas ir pieaugums par 30,65 procentiem. Pētījumā arī konstatēts, ka termiskā apstrāde 100 grādu un 200 grādu temperatūrā samazināja paraugu caurlaidību. Matricas zemākā caurlaidības tendence pēc termiskās apstrādes ir proporcionāla tās izmēra maiņai. Tāpēc termiskā apstrāde līdz 100 grādiem ievērojami uzlabo paraugu izmēru stabilitāti.
△ CCFRC termiskās deformācijas diagrammas ar dažādu slāņu skaita sadalījumu: (a) C-CCFRC un (b) S-CCFRC pirms termiskās apstrādes; (c) C-CCFRC un (d) S-CCFRC pēc termiskās apstrādes 200 grādu temperatūrā 4 stundas.
Termiskās apstrādes ietekme uz PLA daļām?
Fused Deposition Modeling (FDM) ir populārs piedevu ražošanas paņēmiens, no kuriem PLA ir visplašāk izmantotais materiāls. Savā jaunākajā pētījumā, kas publicēts Polymers, pētnieki novērtēja PLA detaļu veiktspēju, veicot 3-punktveida lieces testus pēc termiskās apstrādes un mainot konstrukcijas orientāciju, slāņa biezumu un ātrumu.
Pētnieki izmantoja PLA pavedienus ar diametru 1,75 mm. Xz ražošanas konfigurācija, sprauslas temperatūra 190 grādi, lai novērstu parauga lūzumu, un optimālie drukas parametri ir ātrums 90 mm/s un slāņa biezums 0,3 mm. Termiskā pēcapstrāde par 75 grādiem paraugiem, kas izgatavoti, izmantojot šos iestatījumus, parādīja lieces sprieguma palielināšanos. Visbeidzot, rezultāti liecina, ka elastīgā deformācija un atjaunošanās termiskās apstrādes laikā būtiski neierobežo maksimālo spēku. Pētījumi liecina, ka ortozes var 3D izdrukāt plakaniski un pēc tam savīt, lai tās atbilstu vēlamajam cilvēka ķermeņa laukumam.
Kopumā termiskā apstrāde palīdz uzlabot 3D drukāto detaļu mehāniskās īpašības, izmēru stabilitāti un optiskās īpašības.