La fabricació additiva (AM), coneguda habitualment com a impressió 3D, està guanyant popularitat com a tècnica de prototipatge viable i components altament personalitzats d'estructures complexes.
Efectes del tractament tèrmic de peces metàl·liques 3D
Les peces metàl·liques impreses en 3D sovint requereixen un pas de tractament tèrmic després de la fabricació. Redueix les tensions internes formades durant la fabricació i pot canviar la microestructura de la peça. Aquest canvi microestructural altera certes propietats com la duresa, la duresa, etc. Entre elles, un mètode per densificar a fons peces metàl·liques impreses en 3D per reduir la porositat és la premsa isostàtica en calent (HIP).
El procés HIP requereix col·locar el producte acabat 3D en un recipient a pressió i després omplir-lo amb un gas inert, normalment argó. La pressió augmenta contínuament i pot superar el límit elàstic del component mantenint altes temperatures. Amb l'extinció ràpida, el procés HIP més complex empra velocitats de refrigeració i escalfament ajustables i nivells de pressió per ajustar amb precisió la qualitat i les propietats de tracció de les peces mecanitzades.
Què fa el tractament tèrmic per a les peces impreses en 3D de polímers?
Es poden fabricar amb precisió una gran varietat de geometries complexes mitjançant la impressió 3D, però té un desavantatge important, que és la necessitat de postprocessament tèrmic. Aquestes peces impreses en 3D tenen propietats mecàniques pobres en comparació amb les peces produïdes per emmotllament per injecció. Una adhesió insuficient entre els filaments recoberts i les capes apilades pot provocar propietats mecàniques pobres dels components impresos en 3D.
L'última investigació, publicada a la revista Polymers, se centra en la millora de les propietats mecàniques, especialment la resistència a la tracció i la compressió. Els investigadors van utilitzar filaments de PETG amb un diàmetre d'1,75 mm per a l'estudi. Els resultats van mostrar que la resistència a la tracció dels components impresos en 3D del polímer va augmentar significativament després del tractament tèrmic. Com a resultat, les peces tractades tèrmicament tenien una resistència a la tracció força bona, amb les peces totalment tractades mostrant un 41,1 per cent més de resistència en direcció horitzontal que la mostra no tractada i un 143,9 per cent més alta en la direcció vertical que el control. Les proves de compressió destructives van mostrar un augment significatiu dels valors de resistència a la compressió de les mostres tractades tèrmicament, amb una tensió de compressió de fins a 118 MPa. Aquest estudi va revelar amb èxit l'efecte positiu del tractament tèrmic posterior a la fabricació dels materials polímers.
△ Mitjans de mostra de resistència a la compressió
Tractament tèrmic de peces de polipropilè impreses en 3D per a sistemes de buit
L'última investigació al Journal of Manufacturing and Materials Processing investiga la viabilitat d'aplicar un procés de tractament tèrmic per encapsular polipropilè imprès en 3D en condicions de buit. Els estudis han trobat que el tractament tèrmic és molt eficaç per al procés d'envasat.
Els investigadors van superposar la part impresa amb un farcit del 98 per cent i segellada després del tractament tèrmic durant 15 iteracions, amb una mitjana de 0,4 m Torr i un interval de confiança del 95 per cent de 0,2 m Torr. L'estudi va trobar èxit utilitzant una pistola de calor de 400 graus 55-segons per segellar superfícies sensibles al buit, augmentant la pressió de buit mínima aconseguida.
△La pressió final aconseguida abans i després de l'escalfament i l'interval de confiança del 95 per cent per a cada percentatge de superposició d'ompliment
El tractament tèrmic afecta l'estabilitat dimensional dels components impresos en 3D?
Els investigadors van publicar un estudi a Composites Part A que examina l'efecte del tractament tèrmic sobre l'estabilitat i les propietats de tracció dels compostos reforçats amb fibra de carboni contínua (CCF) impresos en 3D. Es van utilitzar els canvis morfològics i la dispersió de les capes impreses per avaluar l'estabilitat dimensional de les mostres. La tecnologia d'impressió 3D es basa en un mètode de fabricació de filaments fusionats (FFF) conegut com a fabricació de filaments continus (CFF).
C-CCFRC i S-CCFRC són els noms utilitzats per a mostres millorades amb capes de CCF concentrades i separades, respectivament. Després del tractament tèrmic a 100 graus i 150 graus, els CCFRC van mostrar excel·lents propietats de tracció, tot i que l'estabilitat dimensional era millor a 100 graus, especialment per a S-CCFRC. La cristalinitat de la matriu va augmentar del 17,42% a la mostra no tractada al 22,76% a la mostra tractada amb calor a 100C, un augment del 30,65%. L'estudi també va trobar que els tractaments tèrmics a 100 graus i 200 graus van reduir la permeabilitat de les mostres. La tendència de menor permeabilitat de la matriu després del tractament tèrmic és proporcional al seu canvi de mida. Per tant, el tractament tèrmic fins a 100 graus millora molt l'estabilitat dimensional de les mostres.
△ Diagrames de deformació tèrmica de CCFRC amb diferents distribucions de nombre de capes: (a) C-CCFRC i (b) S-CCFRC abans del tractament tèrmic; (c) C-CCFRC i (d) S-CCFRC després del tractament tèrmic a 200 graus durant 4 hores.
L'efecte del tractament tèrmic sobre les peces de PLA?
El modelatge de deposició fusionada (FDM) és una tècnica de fabricació additiva popular, de la qual el PLA és el material més utilitzat. En el seu darrer estudi, publicat a Polymers, els investigadors van avaluar el rendiment de les peces de PLA mitjançant proves de flexió 3-punt després del tractament tèrmic i variant l'orientació de la construcció, el gruix de la capa i la velocitat.
Els investigadors van utilitzar filaments de PLA amb un diàmetre d'1,75 mm. La configuració de fabricació xz, la temperatura del broquet de 190 graus per evitar el trencament de la mostra i els paràmetres d'impressió òptims són una velocitat de 90 mm/s i un gruix de capa de 0,3 mm. Un posttractament tèrmic de 75 graus en mostres fabricades amb aquests paràmetres va mostrar un augment de l'estrès de flexió. Finalment, els resultats mostren que la deformació elàstica i la recuperació durant el tractament tèrmic no limiten significativament la força màxima. La investigació mostra que les ortesis es poden imprimir en 3D i després girar-les per adaptar-se a la zona desitjada del cos humà.
Amb tot, el tractament tèrmic ajuda a millorar les propietats mecàniques, l'estabilitat dimensional i les propietats òptiques de les peces impreses en 3D.