一般に 3D プリントと呼ばれるアディティブ マニュファクチャリング (AM) は、実行可能なプロトタイピング技術および複雑な構造の高度にカスタマイズされたコンポーネントとして人気を集めています。
3D 金属部品の熱処理の効果
金属 3D プリント部品は、多くの場合、製造後に熱処理ステップを必要とします。 製造中に形成される内部応力を軽減し、部品の微細構造を変えることができます。 この微細構造の変化は、靭性、硬度などの特定の特性を変化させます。その中でも、3D プリントされた金属部品を完全に緻密化して気孔率を低減する 1 つの方法は、熱間静水圧プレス (HIP) です。
HIP プロセスでは、3D 完成品を圧力容器に入れ、不活性ガス (通常はアルゴン) で満たす必要があります。 圧力は継続的に増加し、高温を維持しながらコンポーネントの降伏強度を超える可能性があります。 急冷により、より複雑な HIP プロセスでは、調整可能な冷却速度と加熱速度、および圧力レベルを使用して、機械加工部品の品質と引張特性を正確に調整します。
ポリマー 3D プリント部品の熱処理は何をしますか?
3D プリントを使用すると、さまざまな複雑な形状を正確に作成できますが、熱による後処理が必要になるという大きな欠点が 1 つあります。 これらの 3D プリント部品は、射出成形で製造された部品と比較して、機械的特性が劣っています。 コーティングされたフィラメントと積み重ねられた層の間の接着が不十分であると、3D プリントされたコンポーネントの機械的特性が低下する可能性があります。
Polymers 誌に掲載された最新の研究は、機械的特性、特に引張強度と圧縮強度の改善に焦点を当てています。 研究者は、研究に直径 1.75 mm の PETG フィラメントを使用しました。 その結果、ポリマー 3D プリント コンポーネントの引張強度は、熱処理後に大幅に増加することが示されました。 その結果、熱処理された部品は非常に優れた引張強度を持ち、完全に処理された部品は、未処理のサンプルよりも水平方向に 41.1% 高い強度を示し、対照よりも垂直方向に 143.9% 高い強度を示しました。 破壊圧縮試験では、熱処理された試験片の圧縮強度値が大幅に増加し、圧縮応力は 118 MPa に達しました。 この研究は、ポリマー材料の製造後の熱処理のプラスの効果を首尾よく明らかにしました。
△圧縮強度のサンプル平均
真空システム用の 3D プリント ポリプロピレン部品の熱処理
Journal of Manufacturing and Materials Processing の最新の研究では、真空条件下で 3D プリントされたポリプロピレンをカプセル化するために熱処理プロセスを適用する可能性が調査されています。 研究によると、熱処理は包装プロセスに非常に効果的です。
研究者は、98% のインフィルで印刷され、15 回の繰り返しの熱処理後に封止された部品を重ね合わせました。 この研究では、400 度、55- 秒のヒートガンを使用して真空に敏感な表面をシールし、達成される最小真空圧を高めることに成功しました。
△加熱前後の最終圧力と各充填オーバーラップ率の95%信頼区間
熱処理は 3D プリント コンポーネントの寸法安定性に影響しますか?
研究者らは、3D プリントされた連続炭素繊維 (CCF) 強化複合材料の安定性と引張特性に対する熱処理の影響を調べた研究を Composites Part A で発表しました。 印刷層の形態学的変化と分散を使用して、サンプルの寸法安定性を評価しました。 3D プリント技術は、連続フィラメント製造 (CFF) として知られる溶融フィラメント製造 (FFF) 法に基づいています。
C-CCFRC と S-CCFRC は、それぞれ濃縮および分離された CCF 層で強化されたサンプルに使用される名前です。 100 度と 150 度での熱処理後、CCFRC は優れた引張特性を示しましたが、特に S-CCFRC では 100 度の方が寸法安定性が優れていました。 マトリックスの結晶化度は、未処理サンプルの 17.42 パーセントから 100 C 熱処理サンプルの 22.76 パーセントに増加し、30.65 パーセント増加しました。 この研究では、100 度と 200 度での熱処理が試験片の透過性を低下させることもわかりました。 熱処理後のマトリックスの透過性が低下する傾向は、そのサイズの変化に比例します。 したがって、100度までの熱処理により、サンプルの寸法安定性が大幅に向上します。
△層数分布の異なるCCFRCの熱変形図：(a)C-CCFRCと(b)熱処理前のS-CCFRC。 (c) C-CCFRC および (d) 200 度で 4 時間熱処理した後の S-CCFRC。
PLA部品への熱処理の影響は?
Fused Deposition Modeling (FDM) は一般的な付加製造技術であり、PLA が最も広く使用されている材料です。 Polymers に掲載された最新の研究では、研究者は PLA パーツの性能を、熱処理後の 3- 点曲げ試験と、ビルド方向、層の厚さ、および速度を変化させることによって評価しました。
研究者は、直径 1.75 mm の PLA フィラメントを使用しました。 xz 製造構成、標本の破損を防ぐ 190 度のノズル温度、および最適な印刷パラメーターは、90 mm/s の速度と 0.3 mm の層の厚さです。 これらの設定を使用して製造されたサンプルの 75 度の熱後処理は、曲げ応力の増加を示しました。 最後に、結果は、熱処理中の弾性変形と回復が最大力を大幅に制限しないことを示しています。 この研究では、装具を 3D プリントして平らにし、ひねって人体の希望する部分に合わせることができることが示されています。
全体として、熱処理は、3D プリント部品の機械的特性、寸法安定性、および光学特性を向上させるのに役立ちます。