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    3D打印中的熱處理工藝:技術原理與重要性解析

    編輯:匯合創3d打印 更新時間:2023-12-27 瀏覽次數:324

    南極熊導讀:后處理是增材制造的關鍵階段。事實上,行業中使用了許多不同的方法,這些方法根據所使用的3D技術而有所不同:例如除粉、去除支撐和著色等。本文將詳細介紹增材制造中的另一種方法:熱處理工藝。

    后處理對于3D打印的重要性

    后處理工藝可以采用多種形式,具體選擇取決于所需的結果、使用的材料以及首選的制造技術。這些包括燒結、金屬退火、固化和熱等靜壓。這種類型的后處理有一個明確的目標:減少3D打印零件的內應力并提高其機械性能。根據所選擇的技術,當然會獲得不同的結果,但目的是影響打印過程中可能出現的殘余應力。

    在增材制造中,根據所選的打印工藝,生產的零件會受到不同溫度的影響,并經歷不同程度的加熱和冷卻階段。這些階段對積累殘余應力的零件有直接影響。因此,打印后的熱處理至關重要,不僅要消除這些殘余應力,還要影響零件的機械特性,例如彎曲強度、延展性和最終硬度。南極熊將向大家介紹幾種基礎的處理方法及其作用。

    燒結,金屬和陶瓷的關鍵后處理步驟

    燒結是可用于增材制造的熱處理方法之一。請注意,燒結更多的是制造過程中的一個步驟,而不是其本身的后處理方法。事實上,在使用粘合劑噴射或間接3D打印時,這是強制性的。后者是指使用含有金屬顆粒的塑料絲的方法。

    通過燒結打印后獲得的生坯,我們除去了粘合劑并將金屬顆粒固化在一起。為了實現這一點,需要一個燒結爐:將溫度升至略低于所用材料的熔點。該技術去除了原始粉末顆粒,減少了零件的孔隙率并增加了其硬度。它主要與金屬或陶瓷粉末一起使用。

    考慮到最終零件的收縮現象。在燒結過程中,材料顆粒結合在一起并取代粘合劑,從而減小了原始零件的尺寸。這一減少幅度約為15%至20%。

    聚合物3D打印零件的固化、熱處理

    如果我們現在將注意力轉向增材制造中的聚合物,就會發現零件使用了一種特殊的熱處理技術,以提高其最終性能。這當然是固化,主要用于樹脂3D打印。

    樹脂由幾種在液態時不結合在一起的單體組成。當暴露于紫外線源時,這些相同的單體結合在一起形成所需的部分。然而,打印后,某些區域不會實現最佳交聯,從而有損害打印組件整體強度的風險。這是固化階段可能令人感興趣的地方,因為它將使所有可能的交聯發生。

    零件制作完成后,將對其進行清潔,以去除多余的非光聚合樹脂和印刷支撐物,然后可以將零件放置在合適的機器中。通常,樹脂3D打印機制造商會提供自己的固化站,例如Formlabs及其Form Cure解決方案。這是一個紫外線室,可硬化打印部件并賦予其最終特性。這降低了脆弱性和破損風險。固化還可以固定樹脂的顏色,使其處理起來更安全。

    其結果是零件更加耐用,這在許多領域都至關重要。所使用的樹脂類型和零件尺寸等因素將直接影響該熱處理階段。通常情況下,零件越大,硬化所需的時間就越長。這是您的制造過程中需要考慮的一個因素。


    退火作為3D打印熱處理方法

    這種熱處理方法涉及將3D打印部件暴露在一定溫度下。根據所使用的材料,熱量可以更高或更低。加熱后,逐漸冷卻以增加其強度。該技術廣泛用于金屬,也用于玻璃。有些塑料也可以退火,例如PLA和PETG。對于其它熱塑性塑料,例如ABS,退火是不合適的,因為熱量會導致翹曲。

    但它究竟是如何運作的呢?具體而言,退火是將材料加熱到高于其結晶溫度但低于其熔點的溫度。對于聚合物,這將使分子重組,從而提高最終部件的穩定性。對于金屬,退火允許晶粒通過再結晶而尺寸增大。

    在這兩種情況下,退火的持續時間都會影響最終零件的結構。暴露在熱量下的時間越長,其結構變化就越大。例如,塑料部件在退火后會變得更小,因為熱量會加速其收縮。這是設計零件時需要考慮的重要一。



    金屬熱處理方法

    請注意,3D金屬打印中的退火可提高所創建零件的延展性和強度。該技術特別適用于鋼材。我們將用一些專門用于金屬的熱處理方法來結束我們的工藝解析。第一種是熱等靜壓(HIP)。它結合了非常高的溫度和等靜壓惰性氣體壓力,同時應用時,可以增加零件的密度和強度。具體來說,該部件被封閉在高壓安全殼中并暴露在這種熱/壓力組合下。這消除了所有內部空隙和殘余孔隙。該技術也與陶瓷兼容。

    3D打印的金屬部件也可以通過淬火來強化:這需要將部件加熱到非常高的溫度,然后快速冷卻。這將對部件的微觀結構產生影響。淬火通常需要使用液體來冷卻零件。目前還存在許多其他與增材制造兼容的熱處理方法,這里不再詳細舉例。此外,南極熊最后提醒大家在設計階段因考慮一些重要參數,例如零件的收縮率等。

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