Mi az izzítás: Javítsa a 3D nyomatokat

Valószínűleg mindenki, aki gyakorlati 3D nyomtatással foglalkozik, észrevette már, hogy szükség van a 3D nyomatok optimalizálására és mechanikai tulajdonságaik javítására. Ezt megteheti több ipari alapanyaggal való kísérletezéssel vagy a nyomtatási beállítások módosításával. Ezek a lehetőségek azonban költségesek lehetnek, vagy nem képesek a kívánt eredményt elérni. Most talán azon tűnődik, hogy van-e mód a 3D nyomtatás javítására anélkül, hogy ipari minőségű anyagokért kellene fizetnie vagy órákat töltenie a beállítások módosításával. Hadd mondjuk el, hogy van, és ezt úgy hívják, hogy lágyítás.

A lágyítás megértése

A lágyítás meghatározása a 3D nyomtatással összefüggésben

Az izzítás fogalma a kohászatból származik, amely az acél alakíthatóságának és teljesítményének javításakor vált hasznos gyakorlattá. A lágyítás során a hőmérsékletet és a hűtési sebességet pontosan szabályozzák, hogy optimalizálják a tárgy általános teljesítményét. Hasonlóképpen, a 3D nyomtatásban végzett lágyítás jelentősen növelheti a mechanikai tulajdonságokat. Ez egy olyan folyamat, amely a tárgy felmelegítéséből, majd ellenőrzött környezetben történő lehűtéséből áll. Ez a megközelítés csökkenti a belső feszültségeket az anyagban, így biztosítva egy erősebb és nagyobb hőmérséklet-ellenállóságú terméket.

Az anyagtulajdonságokra gyakorolt hatás

Az izzítás egy kristálymechanizmus alapján működik, amely ellentétes hatást fejt ki a fémekre és a polimerekre. A PLA-szál példájával élve, az izzítás során az anyagot az üvegesedési hőmérséklet feletti hőmérsékletre melegítik, ami a polimerláncok pozitív töltésű formákká, úgynevezett kristályos területekké rendeződnek át. Ezek a területek növelik a polimer felületének mechanikai szilárdságát, hőállóságát és kémiai stabilitását.

Forrás: Prusa Research

A fémekkel ellentétben, ahol a lágyítás javítja a képlékenységet, a polimerekben kialakult kristályos területek keménységet és rugalmasságot biztosítanak. Ezek a kristályszerkezetek magképződési és növekedési folyamatok révén jönnek létre, ahol a hőmérséklet befolyásolja a két komponens egyensúlyát.

A 3D nyomatok lágyításának előnyei

Jobb mechanikai szilárdság és tartósság

Megfelelő lágyítás esetén a 3D-nyomtatott alkatrészek minimális zsugorodást vagy vetemedést mutatnak, és jelentősen javulnak a mechanikai tulajdonságaik. Az izzítási folyamatok növelhetik a hajlítószilárdságot és a merevséget, így az alkatrészek rendkívül ellenállóvá válnak a mechanikai igénybevételekkel és ütésekkel szemben. Például a Groningeni Egyetem a szénszálas PET-szálat 120°C-on izzította, ami a hajlítószilárdság 18,5%-os növekedését eredményezte. Ezenkívül a lágyítás javítja az anyagok hőállóságát az üvegesedési hőmérséklet (TG) felett, így azok erősebbek és tartósabbak lesznek.

Fokozott hőállóság és stabilitás

Akadémikusok a Polimerek folyóiratnál 105°C és 175°C közötti hőmérsékleten végzett lágyítással vizsgálták a tiszta ABS-mintákat, hogy a 105°C-os optimális lágyítási körülmények között 4 óráig javítsák a differenciális szakítószilárdságot, és a kezeletlen mintákhoz képest mintegy 6,31%-kal növeljék a szakítószilárdságot. Továbbfejlesztett Emellett a lágyítás segít csökkenteni a nyomtatott alkatrészek alakváltozását, ami idővel nagyobb alakstabilitást eredményez.

A belső feszültségek és a vetemedés csökkentése

A lágyítás fő előnye, hogy egyidejűleg csökkentheti a 3D nyomtatott alkatrészek belső feszültségeit, porozitását és vetemedését, ezáltal javítja a rétegek közötti kötést és az általános szerkezeti integritást. Ez az utókezelési módszer csökkenti a zsugorodást és a vetemedést, és megszünteti az anyagban lévő maradó feszültségeket. A lágyítás során fontos megjegyezni, hogy a magas fűtési hőmérséklet a nyomtatási tulajdonságok bizonyos mértékű romlását és a felület oxidációját okozhatja, különösen az olyan anyagok esetében, mint a PET-CF. A lágyítási hőmérséklet gondos megválasztása a végtermék kívánt tulajdonságai alapján csökkentett vetemedést és jobb mechanikai tulajdonságokat eredményezhet.

Különböző anyagok izzítása

Bár a lágyítás hatékonyabbnak bizonyul az olyan anyagok esetében, mint a PLA és a PETG, az ASA és az ABS esetében a deformáció és a torzulás mértéke miatt az előnyök kisebbek. A méret- és terjedelemváltozásokkal kapcsolatos potenciális kihívások ellenére a továbbfejlesztett berendezés előnyei felülmúlják ezeket a hátrányokat.

Lágyítási technikák és módszerek

A 3D nyomatok tulajdonságainak javítására különböző lágyítási technikák alkalmazhatók. Ezek a módszerek közé tartozik a homok- vagy sófürdőben történő lágyítás, a kemencében történő lágyítás és a merülő vízben történő lágyítás. A homok- vagy sófürdőben történő lágyítás során a nyomtatott tárgyat homok- vagy sófürdőbe merítik, hogy egyenletes felmelegedést és szabályozott lehűlést érjenek el. A kemencében történő lágyítás során a tárgyat egy kemencébe helyezik, és meghatározott ideig a kívánt hőmérsékletre melegítik. A vízbe merített lágyítás során a tárgyat melegített vízbe merítik az egyenletes melegítés és hűtés elősegítése érdekében. Mindegyik technika egyedi előnyöket kínál, és különböző típusú anyagokhoz és kívánt eredményekhez alkalmas.

A megfelelő módszer kiválasztása

Amikor eldönti, hogy a kiválasztott anyaghoz melyik izzítási módszer a legmegfelelőbb, javasoljuk, hogy több tényezőt vegyen figyelembe. Ezek a tényezők a következők:

• a felhasznált anyag típusa,
• a végleges objektum kívánt tulajdonságai,
• és olyan gyakorlati megfontolások, mint a berendezések elérhetősége és a biztonság.

A sütőben történő hőkezelés a legegyszerűbb módszer, amelyet a készítők és a hobbisták a legszélesebb körben alkalmaznak. Ráadásul a PETG és a PLA a legjobban működik a kemencében történő izzítással, mivel a folyamat egyszerű és hatékony. Ha azonban átlátszó PETG-vel dolgozik, kérjük, fontolja meg a gondosabb hőmérséklet-szabályozást. Ezenkívül a lágyítási idő és hőmérséklet meghatározásakor gondosan vegye figyelembe a tárgy méretét és alakját.

Legjobb gyakorlatok és tippek

Míg a lágyítás jól ismert eljárás a fém és a fröccsöntött műanyag alkatrészek esetében, a 3D nyomtatásban való alkalmazása kevésbé ismert, de ennek ellenére hatékony. Az izzítás mögött meghúzódó elvek megértése és a legjobb gyakorlatok alkalmazása jelentős javulást eredményezhet a nyomtatási minőségben.

A megfelelő hőmérséklet és időtartam kiválasztása

A megfelelő lágyítási hőmérséklet kiválasztása döntő fontosságú az optimális eredmények eléréséhez. A cél az üvegesedési hőmérséklet elérése, ahol a műanyag molekuláris szerkezete átrendeződik anélkül, hogy elérné az olvadáspontját. A különböző anyagok üvegesedési hőmérséklete eltérő, és a megfelelő egyensúly megtalálása alapvető fontosságú. A magasabb hőmérsékletek elősegítik a nagyobb szilárdságot, de ha túllépik őket, akkor vetemedéshez és deformációhoz vezethetnek. Fontos, hogy kísérleteket végezzen az egyes anyagok ideális hőmérséklettartományának meghatározására, és ennek megfelelően állítsa be a lágyítási időt. Az alábbiak szerint Prusa Researchaz amorf polimerek, mint például a PLA, széles hőmérséklet-tartományban (PLA 65 és 170°C között) az üvegesedési átmenet kezdete és az olvadáspont között. Minél magasabb a hőmérséklet, annál jobban összeolvadnak a rétegek, így az anyag erősebbé válik. De még magasabb hőmérsékleten az anyag zsugorodik, csavarodik és végül megpuhul, ami az anyag szétesését okozza. A legjobb eredmény eléréséhez tehát meg kell találni a megfelelő egyensúlyt a tárgy minél merevebbé tétele, valamint a megfelelő méret és forma megtartása között. A megfelelő lágyítási idő az anyag méretétől és alakjától függ. Az említett cikkben látható, hogy a tesztmintáikat elektromos sütőben 30 percig melegítették.

Forrás: Prusa Research

Tippek a torzulás és a méretváltozások minimalizálására

A lágyítás során fellépő torzulások és méretváltozások csökkentésére többféle technika is alkalmazható. Először is, győződjön meg arról, hogy a nyomatot egyenletesen melegíti, hogy megakadályozza az egyenletes tágulást és vágást. Az egyenletes eredmények érdekében ajánlott a pontos hőmérséklet-szabályozással rendelkező forrólevegős sütő használata. Ezenkívül az üvegesedési hőmérséklet és az olvadáspont közötti nagy különbséggel rendelkező anyagok kiválasztása segíthet a torzulási problémák csökkentésében. A lágyítási folyamat gondos figyelemmel kísérése és a paraméterek szükség szerinti beállítása jelentősen javíthatja az eredményeket. Végül, a hőkezelés utáni kalibrálás és beállítások elvégzése, például a nyomatok méretezésének növelése a zsugorodás kompenzálása érdekében, segíthet a méretpontosság fenntartásában. Ezen ajánlások betartásával és a legjobb gyakorlatok alkalmazásával kihasználhatja a lágyítás erejét a nyomatok hatékonyságának javítása érdekében. Azáltal, hogy a nyomtatott anyagokat ellenőrzött fűtési és hűtési ciklusoknak vetik alá, növelhető a szilárdságuk, tartósságuk és hőállóságuk. Akár összetett funkcionális alkatrészeket szeretne létrehozni, akár egy prototípus teljesítményét szeretné javítani, érdemes megfontolni a lágyítást, mint eljárást a 3D nyomtatások után.

PLA Prime izzítás

A PLA Prime nyomatok izzítása javíthatja a hőállóságot és a szerkezeti integritást. Azonban ügyelni kell a vetemedés vagy torzulás elkerülésére. Íme egy általános irányelv a PLA anyagok, különösen a 100%-os töltetű anyagok hőkezeléséhez:

Hőmérséklet

Hőmérséklet beállítása: A PLA Prime ajánlott hőmérséklete körülbelül 120°C.

Idő

Időtartam: Az izzítási folyamat a tárgy méretétől és vastagságától függően 30 perctől egy óráig tarthat. A 100%-os kitöltés esetén hosszabb időre lehet szükség a teljes hőátadáshoz és a PLA regenerálódásához az egész termékben. A 100%-os kitöltéssel nyomtatott termékek ráadásul minimális zsugorodást biztosítanak.

Folyamat

Melegítse elő a sütőt: Győződjön meg róla, hogy a sütőt 120°C-ra előmelegítette. Egy sütőhőmérő segíthet biztosítani, hogy a sütő hőmérsékletének beállítása pontos legyen, mivel a sütő hőmérséklete változhat.
Nem javasoljuk, hogy olyan sütőt használjon bármilyen anyag izzítására, amelyet még mindig ételkészítésre használnak. Készítse elő a tárgyat: Helyezze a PLA Prime tárgyat egy sütőpapírral vagy szilikonszőnyeggel bélelt sütőlapra, hogy megakadályozza a ragadást. Vannak, akik a tárgyat homokágyra vagy alumíniumfólia köré helyezik, hogy segítsék az alátámasztást és csökkentsék az elgörbülés esélyét. Sütési idő: Helyezze a tárgyat a sütőbe, és szorosan kövesse nyomon a folyamatot. Kezdje rövidebb időtartammal (pl. 30 perc), különösen kisebb vagy vékonyabb tárgyak esetében. Lehűlés: A hőkezelés után fontos, hogy a tárgyat lassan hűtse le, hogy megelőzze a hősokkot és a vetemedést. Kikapcsolhatja a sütőt, és kissé nyitva hagyhatja az ajtót, hogy a termék fokozatosan lehűljön a sütővel együtt. Ha nem siet, a legjobb eredményt akkor kapja, ha a sütőt teljesen zárva hagyja, amíg a tárgy kihűl.

Tippek

Tesztelés: Ha lehetséges, először egy kevésbé sűrű mintán vagy szakaszon tesztelje a lágyítási folyamatot. Ez segíthet meghatározni a legjobb hőmérséklet- és időbeállításokat a sütőhöz és a tárgyhoz anélkül, hogy egy drágább vagy nagyobb projektet kockáztatna. Szellőztetés: Gondoskodjon a munkaterület jó szellőzéséről, mivel a PLA melegítése gőzöket bocsáthat ki. Számítson méretbeli változásokra: Az izzítás hatására a PLA-tárgyak a hőkezelés miatt kissé összemehetnek vagy megvetemedhetnek. Ezt figyelembe kell venni a precíziós alkatrészeknél, vagy ahol a méretek kritikusak. Ne feledje, hogy a hőkezelés eredményei a tárgy geometriájától és a sütő sajátos jellemzőitől függően nagymértékben változhatnak. Az ellenőrzött módon történő kísérletezés a kulcs az Ön konkrét helyzetére optimális eljárás megtalálásához.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a célja a lágyításnak?

A lágyítás célja az anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak, például szilárdságának, tartósságának és hőmérséklet-állóságának javítása azáltal, hogy szabályozott melegítési és hűtési ciklusoknak vetik alá őket.

Mit tesz a lágyítás a 3D nyomatokkal?

Az izzítás javítja a 3D nyomtatás mechanikai tulajdonságait. Ezáltal a nyomat nagyobb szakítószilárdságot, nagyobb merevséget és nagyobb hőállóságot kap.

Szükséges-e a hőkezelés?

Bár a lágyítás javíthatja a nyomatok mechanikai tulajdonságait, nem szükséges.

Mi a lágyítás 3 szakasza?

A lágyítási folyamat az anyag hőmérsékletének emelkedésével három szakaszból áll: helyreállítás, átkristályosodás és szemcsenövekedés.