Šilumos apdorojimo procesas 3D spausdinime: techniniai principai ir svarbos analizė

Post apdorojimas yra pagrindinis priedų gamybos etapas. Tiesą sakant, pramonėje naudojami daugybė skirtingų metodų, kurie skiriasi priklausomai nuo naudojamos 3D technologijos: pavyzdžiui, miltelių pašalinimas, palaikymo pašalinimas ir dažymas. Šis straipsnis atidžiau pažvelgs į kitą papildomo gamybos metodą: terminio apdorojimo procesą.

Post apdorojimo svarba 3D spausdinimui

Proceso procesai gali būti įvairių formų, o konkretus pasirinkimas priklauso nuo norimų rezultatų, naudojamų medžiagų ir tinkamiausios gamybos technologijos. Tai apima sukepinimą, metalo atkaitinimą, kietėjimą ir karštą izostatinį presą. Šio tipo apdorojimas turi aiškų tikslą: sumažinti 3D spausdintų dalių vidinį įtempį ir pagerinti jų mechanines savybes. Priklausomai nuo pasirinktos technologijos, žinoma, bus gauti skirtingi rezultatai, tačiau tikslas yra paveikti likusius įtempius, kurie gali atsirasti spausdinimo proceso metu.

Pridedant papildomą gamybą, atsižvelgiant į pasirinktą spausdinimo procesą, pagamintos dalys turi skirtingą temperatūrą ir eina per skirtingus šildymo ir aušinimo stadijų laipsnius. Šie etapai daro tiesioginį poveikį toms dalims, kurios kaupia likusius įtempius. Todėl terminis apdorojimas po spausdinimo yra labai svarbus ne tik siekiant pašalinti šiuos liekamuosius įtempius, bet ir paveikti dalių mechanines savybes, tokias kaip lenkimo stiprumas, lankstumas ir galutinis kietumas. Antarkties lokys supažindins jus su keliais pagrindiniais gydymo metodais ir jų vaidmeniu.

△ Įrangos asortimentas yra skirtas termiškai apdoroti papildomoje gamyboje

Sukepinimas, pagrindinis metalų ir keramikos apdorojimo žingsnis

Sukepinimas yra vienas iš terminio apdorojimo metodų, kurį galima naudoti priedų gamybai. Atminkite, kad sukepinimas yra daugiau gamybos proceso žingsnis nei savaime suprantamas po apdorojimo metodas. Tiesą sakant, tai yra privaloma naudojant segtuvų purkštuką arba netiesioginį 3D spausdinimą. Pastarasis nurodo metodus, kuriuose naudojami plastikiniai gijos, turinčios metalines daleles.

Spausdindami sukepindami žalią korpusą, mes pašaliname segtuvą ir sukietėjame metalines daleles kartu. Norint tai pasiekti, reikalinga sukepinimo krosnis: temperatūra pakeliama iki šiek tiek žemiau naudojamos medžiagos lydymosi taško. Ši technologija pašalina originalias miltelių daleles, sumažina dalies poringumą ir padidina jos kietumą. Jis daugiausia naudojamas su metaliniais ar keraminiais milteliais.

Apsvarstykite paskutinės dalies susitraukimo reiškinį. Sukepinimo proceso metu medžiagos dalelės sujungia ir pakeičia segtuvą, taip sumažindamos pradinės dalies dydį. Šis sumažėjimas yra apie 15–20%.

△ Kietinimas yra įprastas terminio apdorojimo metodas dervos 3D spausdintoms dalims

Kietinimas, terminis polimero 3D atspausdintų dalių apdorojimas

Jei dabar atkreipsime dėmesį į polimerus priedų gamyboje, pastebėsime, kad dalys naudoja specialią terminio apdorojimo technologiją, kad pagerintų jų galutines savybes. Tai, be abejo, yra kietas, kuris daugiausia naudojamas dervos 3D spausdinimui.

Dervų sudaro keli monomerai, kurie nesiskiria, kai yra skystos. Kai veikiami UV šaltinio, tie patys monomerai jungiasi kartu, kad sudarytų norimą dalį. Tačiau po spausdinimo kai kurios sritys nepasieks optimalaus kryžminio sujungimo, o tai rizikuoja pakenkti bendram spausdinto komponento stiprumui. Čia gali būti įdomi kietėjimo stadija, nes tai leis įvykti visam įmanomam kryžminio jungimo.

Kai dalis bus pagaminta, ji bus išvalyta pašalinti perteklinę nefotopolimerizuotą dervą ir spausdinimo atramas, o dalį galima dėti į tinkamą mašiną. Paprastai 3D spausdintuvų gamintojai dervos 3D spausdintuvų gamintojai teikia savo kietinimo stotį, pavyzdžiui, „FormLabs“ ir jos formos gydymo sprendimą. Tai yra UV kamera, sukietėjusi atspausdinta dalis ir suteikia jai galutines savybes. Tai sumažina trapumą ir lūžio riziką. Kietinimas taip pat nustato dervos spalvą, todėl ją saugiau valdyti.

Rezultatas yra patvaresnė dalis, kuri yra labai svarbi daugelyje sričių. Tokie veiksniai kaip naudojamos dervos tipas ir dalies dydis tiesiogiai paveiks šią terminio apdorojimo stadiją. Paprastai kuo didesnė dalis, tuo ilgiau reikės sukietėti. Tai yra veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti jūsų gamybos procese.

△ Kai kurie termoplastikai yra suderinami su atkaitinimu, leidžiančia jį naudoti kaip terminio apdorojimo metodą

Atkaitinimas kaip 3D spausdinimo terminio apdorojimo metodas

Šis terminio apdorojimo metodas apima 3D atspausdintos dalies atskleidimą tam tikra temperatūrai. Priklausomai nuo naudojamos medžiagos, šiluma gali būti didesnė arba mažesnė. Po kaitinimo jis palaipsniui atvėsinamas, kad padidintų jo stiprumą. Ši technika yra plačiai naudojama metalams, bet ir stiklui. Kai kurie plastikai taip pat gali būti atkaitinti, pavyzdžiui, PLA ir PETG. Kitoms termoplastikams, tokiems kaip ABS, atkaitinimas nėra tinkamas, nes šiluma gali sukelti deformaciją.

Bet kaip tiksliai tai veikia? Tiksliau, atkaitinimas yra medžiagos kaitinimas iki temperatūros, virš jos kristalizacijos temperatūros, tačiau žemiau jos lydymosi taško. Polimerams tai sukels molekules reorganizuoti ir taip pagerins galutinės dalies stabilumą. Metalams atkaitinimas leidžia grūdams padidėti dydis perkristalinant.

Abiem atvejais atkaitinimo trukmė paveiks galutinės dalies struktūrą. Kuo ilgiau jis veikiamas šilumos, tuo labiau pasikeičia jos struktūra. Pavyzdžiui, po atkaitinimo plastikinė dalis taps mažesnė, nes šiluma pagreitins jos susitraukimą. Tai svarbus aspektas kuriant dalį.

△ Karštas izostatinis spaudos bakas, sumontuotas 3D spausdintos dalies viršuje

Metalo šilumos apdorojimo metodai

Atminkite, kad atkaitinimas 3D metalo spausdinime padidina sukurtos dalies lankstumą ir stiprumą. Ši technika ypač tinka plienui. Proceso analizę baigsime kai kuriais terminio apdorojimo metodais, ypač metalams. Pirmasis yra karštas izostatinis presavimas (klubas). Jis sujungia labai aukštą temperatūrą ir izostatinį inertinių dujų slėgį, kuris tuo pačiu metu pritaikant gali padidinti dalies tankį ir stiprumą. Tiksliau, dalis yra uždaryta aukšto slėgio izoliacija ir veikiama šio šilumos\/slėgio derinio. Tai pašalina visas vidines tuštumas ir likutinį poringumą. Ši technologija taip pat suderinama su keramika.

3D atspausdintos metalinės dalys taip pat gali būti sustiprintos gesinant: tam reikia kaitinėti dalies iki labai aukštos temperatūros ir greitai ją aušinti. Tai turės įtakos dalies mikrostruktūrai. Norint atvėsinant dalį, reikia panaudoti skystį. Yra daugybė kitų terminio apdorojimo metodų, suderinamų su priedų gamyba, kurie čia nebus išsamiai išvardyti. Be to, „Antarctic Bear“ pagaliau primena visiems apsvarstyti keletą svarbių parametrų projektavimo etape, pavyzdžiui, dalių susitraukimo greitį.