Адитивна производња (АМ), која се обично назива 3Д штампа, постаје све популарнија као одржива техника израде прототипа и високо прилагођене компоненте сложених структура.
Ефекти термичке обраде 3Д металних делова
Метални 3Д штампани делови често захтевају корак топлотне обраде након производње. Смањује унутрашње напоне настале током производње и може променити микроструктуру дела. Ова микроструктурна промена мења одређена својства као што су жилавост, тврдоћа, итд. Међу њима, један од метода темељног згушњавања 3Д штампаних металних делова ради смањења порозности је топло изостатичко пресовање (ХИП).
ХИП процес захтева стављање 3Д готовог производа у посуду под притиском, а затим пуњење инертним гасом, обично аргоном. Притисак се континуирано повећава и може премашити границу течења компоненте уз одржавање високих температура. Са брзим гашењем, сложенији ХИП процес користи подесиве стопе хлађења и грејања и нивое притиска како би се прецизно подесили квалитет и затезна својства машински обрађених делова.
Шта ради топлотна обрада за полимерне 3Д штампане делове?
Широк спектар сложених геометрија може се прецизно произвести путем 3Д штампања, међутим, оно има један велики недостатак, а то је потреба за термичком накнадном обрадом. Ови 3Д штампани делови имају лоша механичка својства у поређењу са деловима произведеним бризгањем. Недовољна адхезија између обложених филамената и наслаганих слојева може довести до лоших механичких својстава 3Д штампаних компоненти.
Најновије истраживање, објављено у часопису Полимерс, фокусира се на побољшање механичких својстава, посебно затезне и тлачне чврстоће. Истраживачи су за студију користили ПЕТГ филаменте пречника 1,75 мм. Резултати су показали да се затезна чврстоћа полимерних 3Д штампаних компоненти значајно повећала након термичке обраде. Као резултат тога, термички обрађени делови су имали прилично добру затезну чврстоћу, при чему су потпуно обрађени делови показали 41,1 процената већу чврстоћу у хоризонталном правцу од необрађеног узорка и 143,9 процената већу у вертикалном смеру од контроле. Испитивање деструктивног притиска показало је значајно повећање вредности чврстоће на притисак за термички обрађене узорке, са тлачним напрезањем до 118 МПа. Ова студија је успешно открила позитиван ефекат постфабрикационе термичке обраде полимерних материјала.
△ Узорак средстава чврстоће на притисак
Термички обрађени 3Д штампани полипропиленски делови за вакуумске системе
Најновије истраживање у часопису Јоурнал оф Мануфацтуринг анд Материалс Процессинг истражује изводљивост примене процеса топлотне обраде за инкапсулацију 3Д штампаног полипропилена у условима вакуума. Истраживања су показала да је топлотна обрада веома ефикасна за процес паковања.
Истраживачи су преклопили део одштампан са 98 процената испуне и запечаћен након топлотне обраде током 15 итерација, са просечним 0.4 м Торр и 95 процената интервала поверења од 0.2 м Торр. Студија је показала успех коришћењем 400 степени, 55-другог топлотног пиштоља за заптивање површина осетљивих на вакуум, повећавајући минимални постигнути притисак вакуума.
△Коначни притисак постигнут пре и после загревања и интервал поверења од 95 процената за сваки проценат преклапања пуњења
Да ли топлотна обрада утиче на стабилност димензија 3Д штампаних компоненти?
Истраживачи су објавили студију у Цомпоситес Парт А која испитује ефекат топлотне обраде на стабилност и затезна својства 3Д штампаних континуалних карбонских влакана (ЦЦФ) ојачаних композита. Морфолошке промене и дисперзија штампаних слојева коришћени су за процену димензионалне стабилности узорака. Технологија 3Д штампања заснована је на методи производње фузионих филамената (ФФФ) познатој као производња континуалних филамената (ЦФФ).
Ц-ЦЦФРЦ и С-ЦЦФРЦ су називи који се користе за узорке побољшане концентрисаним и одвојеним ЦЦФ слојевима, респективно. Након термичке обраде на 100 степени и 150 степени, ЦЦФРЦ су показали одлична затезна својства, иако је стабилност димензија била боља на 100 степени, посебно за С-ЦЦФРЦ. Кристалност матрице се повећала са 17,42 процената у необрађеном узорку на 22,76 процената у узорку термички обрађеном на 100 Ц, што је повећање од 30,65 процената. Студија је такође открила да топлотни третмани на 100 степени и 200 степени смањују пропустљивост узорака. Тренд ниже пермеабилности матрице након термичке обраде је сразмеран његовом померању величине. Због тога, термичка обрада до 100 степени у великој мери побољшава димензијску стабилност узорака.
△ Дијаграми термичке деформације ЦЦФРЦ са различитим дистрибуцијама броја слојева: (а) Ц-ЦЦФРЦ и (б) С-ЦЦФРЦ пре топлотне обраде; (ц) Ц-ЦЦФРЦ и (д) С-ЦЦФРЦ након топлотне обраде на 200 степени током 4 сата.
Утицај топлотне обраде на ПЛА делове?
Фусед Депоситион Моделинг (ФДМ) је популарна техника производње адитива, од којих је ПЛА најчешће коришћени материјал. У својој најновијој студији, објављеној у Полимерс, истраживачи су проценили перформансе ПЛА делова помоћу 3-теста савијања у тачки након топлотне обраде и варирањем оријентације грађења, дебљине слоја и брзине.
Истраживачи су користили ПЛА филаменте пречника 1,75 мм. Конфигурација кз производње, температура млазнице од 190 степени да би се спречило ломљење узорка и оптимални параметри штампања су брзина од 90 мм/с и дебљина слоја од 0,3 мм. Термичка накнадна обрада од 75 степени на узорцима произведеним коришћењем ових подешавања показала је повећање напрезања савијања. Коначно, резултати показују да еластична деформација и опоравак током термичке обраде не ограничавају значајно максималну силу. Истраживање показује да се ортозе могу 3Д штампати равно, а затим уврнути како би одговарале жељеном делу људског тела.
Све у свему, топлотна обрада помаже да се побољшају механичка својства, стабилност димензија и оптичка својства 3Д штампаних делова.