ייצור תוסף (AM), המכונה בדרך כלל הדפסת תלת מימד, צובר פופולריות כטכניקת אב טיפוס בת קיימא ורכיבים מותאמים במיוחד של מבנים מורכבים.
השפעות של חלקי מתכת תלת מימדיים לטיפול בחום
חלקי מתכת מודפסים בתלת מימד דורשים לעתים קרובות שלב טיפול בחום לאחר הייצור. זה מפחית את הלחצים הפנימיים הנוצרים במהלך הייצור ויכול לשנות את המבנה המיקרו של החלק. שינוי מיקרו-מבני זה משנה מאפיינים מסוימים כגון קשיחות, קשיות וכו'. ביניהם, שיטה אחת לצפיפות יסודית של חלקי מתכת מודפסים בתלת-ממד כדי להפחית את הנקבוביות היא לחיצה איזוסטטית חמה (HIP).
תהליך ה-HIP דורש הנחת המוצר המוגמר התלת-ממדי במיכל לחץ ולאחר מכן מילויו בגז אינרטי, בדרך כלל ארגון. הלחץ מוגבר ברציפות ויכול לעלות על חוזק התפוקה של הרכיב תוך שמירה על טמפרטורות גבוהות. עם כיבוי מהיר, תהליך HIP המורכב יותר משתמש בקצבי קירור וחימום מתכווננים ורמות לחץ כדי לכוון במדויק את תכונות האיכות והמתיחה של חלקים מעובדים.
מה עושה טיפול בחום עבור חלקים מודפסים בתלת מימד פולימריים?
ניתן לייצר במדויק מגוון רחב של גיאומטריות מורכבות באמצעות הדפסת תלת מימד, עם זאת, יש לה חסרון מרכזי אחד, שהוא הצורך בעיבוד תרמי תרמי. לחלקים המודפסים בתלת מימד יש תכונות מכניות גרועות בהשוואה לחלקים המיוצרים בהזרקה. הידבקות לא מספקת בין חוטים מצופים ושכבות מוערמות עלולה להוביל לתכונות מכניות גרועות של רכיבים מודפסים בתלת מימד.
המחקר האחרון, שפורסם בכתב העת Polymers, מתמקד בשיפור תכונות מכניות, במיוחד חוזק מתיחה וחוזק לחיצה. החוקרים השתמשו בחוטי PETG בקוטר של 1.75 מ"מ למחקר. התוצאות הראו כי חוזק המתיחה של הרכיבים המודפסים בתלת-ממד גדל באופן משמעותי לאחר טיפול בחום. כתוצאה מכך, לחלקים שטופלו בחום היה חוזק מתיחה די טוב, כאשר החלקים המטופלים במלואם הראו חוזק גבוה ב-41.1 אחוזים בכיוון האופקי מהדגימה הלא מטופלת וגבוה ב-143.9 אחוזים בכיוון האנכי מהביקורת. בדיקות דחיסה הרסניות הראו עלייה משמעותית בערכי חוזק הלחיצה עבור הדגימות שטופלו בחום, עם מתח לחיצה גבוה עד 118 MPa. מחקר זה חשף בהצלחה את ההשפעה החיובית של טיפול בחום לאחר ייצור של חומרים פולימריים.
△ אמצעי לדוגמא לחוזק לחיצה
חלקי פוליפרופילן מודפסים בתלת מימד לטיפול בחום למערכות ואקום
המחקר האחרון ב-Journal of Manufacturing and Materials Processing חוקר את ההיתכנות של יישום תהליך טיפול בחום כדי לעטוף פוליפרופילן מודפס בתלת מימד בתנאי ואקום. מחקרים מצאו שטיפול בחום יעיל מאוד לתהליך האריזה.
החוקרים הציפו את החלק המודפס במילוי של 98 אחוז ואטום לאחר טיפול בחום במשך 15 חזרות, עם ממוצע של 0.4 מ' טור ורווח סמך של 95 אחוז של 0.2 מ' טור. המחקר מצא הצלחה בשימוש באקדח חום של 400 מעלות 55-שני לאטום משטחים רגישים לוואקום, מה שמגדיל את לחץ הוואקום המינימלי שהושג.
△הלחץ הסופי שהושג לפני ואחרי החימום ורווח הסמך של 95 אחוז לכל אחוז חפיפה של מילוי
האם טיפול בחום משפיע על היציבות הממדית של רכיבים מודפסים בתלת מימד?
החוקרים פרסמו מחקר ב-Composites Part A שבחן את השפעת טיפול בחום על תכונות היציבות והמתיחה של חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן רציפים (CCF) המודפסים בתלת-ממד. שינויים מורפולוגיים ופיזור השכבות המודפסות שימשו להערכת היציבות הממדית של הדגימות. טכנולוגיית הדפסת תלת מימד מבוססת על שיטת ייצור נימה מתמזגת (FFF) הידועה בשם ייצור נימה מתמשכת (CFF).
C-CCFRC ו-S-CCFRC הם השמות המשמשים לדגימות משופרות עם שכבות CCF מרוכזות ומופרדות, בהתאמה. לאחר טיפול בחום ב-100 מעלות ו-150 מעלות, הדגימות של CCFRC הציגו תכונות מתיחה מצוינות, אם כי היציבות הממדית הייתה טובה יותר ב-100 מעלות, במיוחד עבור S-CCFRC. גבישי המטריצה עלתה מ-17.42 אחוזים בדגימה הלא מטופלת ל-22.76 אחוזים בדגימה שעברה טיפול בחום של 100 C, עלייה של 30.65 אחוזים. המחקר מצא גם כי טיפולי חום ב-100 מעלות ו-200 מעלות הפחיתו את החדירות של הדגימות. מגמת החדירות הנמוכה של המטריצה לאחר טיפול בחום תואמת את שינוי הגודל שלה. לכן, טיפול בחום עד 100 מעלות משפר מאוד את היציבות הממדית של הדגימות.
△ דיאגרמות דפורמציה תרמית של CCFRC עם התפלגות מספר שכבות שונות: (א) C-CCFRC ו-(ב) S-CCFRC לפני טיפול בחום; (ג) C-CCFRC ו-(ד) S-CCFRC לאחר טיפול בחום ב-200 מעלות למשך 4 שעות.
השפעת טיפול בחום על חלקי PLA?
Modeling Deposition Fused Deposition (FDM) היא טכניקת ייצור תוספים פופולרית, שבה PLA הוא החומר הנפוץ ביותר. במחקר האחרון שלהם, שפורסם ב-Polymers, החוקרים העריכו את הביצועים של חלקי PLA על ידי 3-בדיקות כיפוף נקודתיות לאחר טיפול בחום ועל ידי שינוי כיוון המבנה, עובי השכבה והמהירות.
החוקרים השתמשו בחוטי PLA בקוטר של 1.75 מ"מ. תצורת הייצור של xz, טמפרטורת הזרבובית של 190 מעלות למניעת שבירה של הדגימה ופרמטרי הדפסה אופטימליים הם מהירות של 90 מ"מ לשנייה ועובי שכבה של 0.3 מ"מ. לאחר טיפול תרמי של 75 מעלות על דגימות שיוצרו באמצעות הגדרות אלו, הראה עלייה במתח הכיפוף. לבסוף, התוצאות מראות כי עיוות אלסטי והתאוששות במהלך טיפול בחום אינם מגבילים באופן משמעותי את הכוח המרבי. המחקר מראה שניתן להדפיס תלת מימד שטוח ולאחר מכן לסובב אורתוזים כדי להתאים לאזור הרצוי בגוף האדם.
בסך הכל, טיפול בחום עוזר לשפר את התכונות המכניות, היציבות הממדית והמאפיינים האופטיים של חלקים מודפסים בתלת מימד.