热处理对聚合物3D打印零件有什么作用？

增材制造 （AM），通常被称为 3D 打印，作为一种可行的原型制作技术和高度定制的复杂结构的组件而越来越受欢迎。

热处理 3D 金属部件的效果

金属3D打印的零件通常在制造后还需要经过热处理这一步骤。它减少了制造过程中形成的内应力并可以改变零件的微观结构。这种微观结构的改变会改变某些属性，例如韧性、硬度等。其中，将3D打印金属部件彻底致密化以减少孔隙率的一种方法是热等静压 （HIP） 处理。

HIP过程需要将3D制成品放置在压力容器中，然后用惰性气体（通常是氩气）填充它。压力不断增加，可以超过组件的屈服强度，同时保持高温。通过快速淬火，更复杂的HIP过程采用可调节的冷却和加热速度以及压力水平来准确调节加工部件的质量和拉伸属性。

热处理对聚合物3D打印零件有什么作用？

通过3D打印技术能够精确制造各种复杂的几何形状，然而，它有一个主要缺点，即需要进行热后处理。与通过注塑成型生产的部件相比，这些 3D 打印部件的机械性能较差。涂层细丝和堆叠层之间的粘附不足会导致3D打印组件的机械特性较差。

发表在《Polymers》杂志上的最新研究侧重于提高机械性能，特别是拉伸和压缩强度。研究人员使用直径为 1.75 毫米的 PETG 长丝进行研究。结果表明，聚合物 3D 打印组件经过热处理后，拉伸强度显着增加。具体结果为，经过热处理的部件具有相当出色的抗拉强度，完全处理的部件在水平方向上的强度比未处理的样品高 41.1%，在垂直方向上的强度比对照组高143.9%。破坏性压缩测试显示热处理试样的的抗压强度值显着提高，压缩应力高达 118 MPa。该研究成功地揭示了聚合物材料制造后热处理的积极作用。

△抗压强度的样本平均值。研究：提高聚合物 3D 打印部件的机械性能

热处理用于真空系统的 3D 打印聚丙烯零件

《Journal of Manufacturing and Materials Processing》上的最新研究调查了应用热处理工艺在真空条件下封装3D打印聚丙烯的可行性。研究发现热处理对于封装过程非常有效。

研究人员以 98% 的填充重叠打印并在热处理后密封的零件进行15次迭代，其平均值为 0.4 m Torr，95% 的置信区间为 0.2 m Torr。研究发现使用400摄氏度，55 秒的热风枪来密封易受真空影响的表面是成功的，此举提高了所达到的最小真空压力。

△每个填充物重叠百分比在加热前后达到的最终压力以及95%的置信区间

热处理是否会影响 3D 打印组件的尺寸稳定性？

研究人员在《Composites Part A》中发表了一项研究，探讨了热处理对3D打印连续碳纤维 （CCF） 增强复合材料的稳定性和拉伸性能的影响。打印层的形态变化和分散用于评估样品的尺寸稳定性。3D 打印技术基于熔丝制造 （FFF） 方法，称为连续长丝制造 （CFF）。

C-CCFRC 和 S-CCFRC 分别是用于用浓缩 CCF 层和分离 CCF 层增强的样品的名称。在 100°C 和 150°C 热处理后，CCFRCs 具有优异的拉伸性能，尽管在 100°C 时尺寸稳定性更好，尤其是 S-CCFRC。基质结晶度从未处理样品中的 17.42% 提高到 100 C 热处理后样品中的 22.76%，提高了 30.65%。研究还发现，100°C 和 200°C 的热处理降低了试样的渗透性。热处理后基质的较低渗透率趋势与其尺寸偏移相称。因此，高达100°C的热处理极大提高了样品的尺寸稳定性。

△不同层数分布的CCFRC的热变形图：（a）热处理前的C-CCFRC和（b）S-CCFRC；（c）200℃热处理4小时后的C-CCFRC和（d）S-CCFRC。

热处理对PLA零件的影响？

熔融沉积成型 （FDM） 是一种流行的增材制造技术，其中PLA是使用最广泛的材料。研究人员在《Polymers》上发表的最新研究中通过热处理后的3点弯曲测试以及通过改变构建方向、层厚度和速度来评估 PLA 部件的性能。

研究人员使用的是直径为1.75 mm的PLA灯丝。xz 制造配置，190°C 的喷嘴温度以防止试样破损，最佳打印参数为速度 90 mm/s 和层厚为 0.3 mm。研究者对使用这些设置制造的样品进行 75°C 的热后处理，结果表明弯曲应力有增加。最后，结果表明，热处理过程中的弹性变形和恢复并没有显着限制最大力。这项研究表明，可以对矫形器进行平面 3D 打印，然后将它们扭曲以匹配人体所需的区域。

△打印的手指矫形器（a）打印后；（b）在一个手指周围弯曲后。

总而言之，热处理有助于增强 3D 打印部件的机械特性、尺寸稳定性和光学特性。

审核编辑 ：李倩