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技術交流

3D打印零件的熱處理


時間:2021-11-03 15:23:49來源:hydma 點擊:0


增材制造 (AM),通常被稱為 3D 打印,作為一種可行的原型制作技術和高度定制的復雜結構的組件而越來越受歡迎。

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熱處理 3D 金屬部件的效果
金屬3D打印的零件通常在制造后還需要經過熱處理這一步驟。它減少了制造過程中形成的內應力并可以改變零件的微觀結構。這種微觀結構的改變會改變某些屬性,例如韌性、硬度等。其中,將3D打印金屬部件徹底致密化以減少孔隙率的一種方法是熱等靜壓 (HIP) 處理。

HIP過程需要將3D制成品放置在壓力容器中,然后用惰性氣體(通常是氬氣)填充它。壓力不斷增加,可以超過組件的屈服強度,同時保持高溫。通過快速淬火,更復雜的HIP過程采用可調節的冷卻和加熱速度以及壓力水平來準確調節加工部件的質量和拉伸屬性。

熱處理對聚合物3D打印零件有什么作用?
通過3D打印技術能夠精確制造各種復雜的幾何形狀,然而,它有一個主要缺點,即需要進行熱后處理。與通過注塑成型生產的部件相比,這些 3D 打印部件的機械性能較差。涂層細絲和堆疊層之間的粘附不足會導致3D打印組件的機械特性較差。

發表在《Polymers》雜志上的最新研究側重于提高機械性能,特別是拉伸和壓縮強度。研究人員使用直徑為 1.75 毫米的 PETG 長絲進行研究。結果表明,聚合物 3D 打印組件經過熱處理后,拉伸強度顯著增加。具體結果為,經過熱處理的部件具有相當出色的抗拉強度,完全處理的部件在水平方向上的強度比未處理的樣品高 41.1%,在垂直方向上的強度比對照組高143.9%。破壞性壓縮測試顯示熱處理試樣的的抗壓強度值顯著提高,壓縮應力高達 118 MPa。該研究成功地揭示了聚合物材料制造后熱處理的積極作用。

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△抗壓強度的樣本平均值。研究:提高聚合物 3D 打印部件的機械性能

熱處理用于真空系統的 3D 打印聚丙烯零件
《Journal of Manufacturing and Materials Processing》上的最新研究調查了應用熱處理工藝在真空條件下封裝3D打印聚丙烯的可行性。研究發現熱處理對于封裝過程非常有效。

研究人員以 98% 的填充重疊打印并在熱處理后密封的零件進行15次迭代,其平均值為 0.4 m Torr,95% 的置信區間為 0.2 m Torr。研究發現使用400攝氏度,55 秒的熱風槍來密封易受真空影響的表面是成功的,此舉提高了所達到的最小真空壓力。

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△每個填充物重疊百分比在加熱前后達到的最終壓力以及95%的置信區間

熱處理是否會影響 3D 打印組件的尺寸穩定性?
研究人員在《Composites Part A》中發表了一項研究,探討了熱處理對3D打印連續碳纖維 (CCF) 增強復合材料的穩定性和拉伸性能的影響。打印層的形態變化和分散用于評估樣品的尺寸穩定性。3D 打印技術基于熔絲制造 (FFF) 方法,稱為連續長絲制造 (CFF)。

C-CCFRC 和 S-CCFRC 分別是用于用濃縮 CCF 層和分離 CCF 層增強的樣品的名稱。在 100°C 和 150°C 熱處理后,CCFRCs 具有優異的拉伸性能,盡管在 100°C 時尺寸穩定性更好,尤其是 S-CCFRC。基質結晶度從未處理樣品中的 17.42% 提高到 100 C 熱處理后樣品中的 22.76%,提高了 30.65%。研究還發現,100°C 和 200°C 的熱處理降低了試樣的滲透性。熱處理后基質的較低滲透率趨勢與其尺寸偏移相稱。因此,高達100°C的熱處理極大提高了樣品的尺寸穩定性。

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△不同層數分布的CCFRC的熱變形圖:(a)熱處理前的C-CCFRC和(b)S-CCFRC;(c)200℃熱處理4小時后的C-CCFRC和(d)S-CCFRC。
熱處理對PLA零件的影響?
熔融沉積成型 (FDM) 是一種流行的增材制造技術,其中PLA是使用最廣泛的材料。研究人員在《Polymers》上發表的最新研究中通過熱處理后的3點彎曲測試以及通過改變構建方向、層厚度和速度來評估 PLA 部件的性能。

研究人員使用的是直徑為1.75 mm的PLA燈絲。xz 制造配置,190°C 的噴嘴溫度以防止試樣破損,最佳打印參數為速度 90 mm/s 和層厚為 0.3 mm。研究者對使用這些設置制造的樣品進行 75°C 的熱后處理,結果表明彎曲應力有增加。最后,結果表明,熱處理過程中的彈性變形和恢復并沒有顯著限制最大力。這項研究表明,可以對矯形器進行平面 3D 打印,然后將它們扭曲以匹配人體所需的區域。

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△打印的手指矯形器(a)打印后;(b)在一個手指周圍彎曲后。

總而言之,熱處理有助于增強 3D 打印部件的機械特性、尺寸穩定性和光學特性。




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