A manufatura aditiva (MA), comumente chamada de impressão 3D, está ganhando popularidade como uma técnica viável de prototipagem e componentes altamente personalizados de estruturas complexas.
Efeitos do tratamento térmico de peças metálicas 3D
As peças de metal impressas em 3D geralmente exigem uma etapa de tratamento térmico após a fabricação. Reduz as tensões internas formadas durante a fabricação e pode alterar a microestrutura da peça. Essa mudança microestrutural altera certas propriedades, como tenacidade, dureza, etc. Entre elas, um método de densificação completa de peças metálicas impressas em 3D para reduzir a porosidade é a prensagem isostática a quente (HIP).
O processo HIP requer a colocação do produto acabado 3D em um vaso de pressão e, em seguida, enchê-lo com um gás inerte, geralmente argônio. A pressão é continuamente aumentada e pode exceder a resistência ao escoamento do componente, mantendo altas temperaturas. Com têmpera rápida, o processo HIP mais complexo emprega taxas de resfriamento e aquecimento ajustáveis e níveis de pressão para ajustar com precisão a qualidade e as propriedades de tração das peças usinadas.
O que o tratamento térmico faz para peças impressas em polímero em 3D?
Uma grande variedade de geometrias complexas pode ser fabricada com precisão através da impressão 3D, no entanto, tem uma grande desvantagem, que é a necessidade de pós-processamento térmico. Essas peças impressas em 3D têm propriedades mecânicas ruins em comparação com peças produzidas por moldagem por injeção. A adesão insuficiente entre os filamentos revestidos e as camadas empilhadas pode levar a propriedades mecânicas ruins dos componentes impressos em 3D.
A pesquisa mais recente, publicada na revista Polymers, concentra-se em melhorar as propriedades mecânicas, especialmente a resistência à tração e à compressão. Os pesquisadores usaram filamentos de PETG com diâmetro de 1,75 mm para o estudo. Os resultados mostraram que a resistência à tração dos componentes do polímero impresso em 3D aumentou significativamente após o tratamento térmico. Como resultado, as peças tratadas termicamente tiveram uma resistência à tração bastante boa, com as peças totalmente tratadas apresentando uma resistência 41,1% maior na direção horizontal do que a amostra não tratada e 143,9% maior na direção vertical do que o controle. Ensaios de compressão destrutivos mostraram um aumento significativo nos valores de resistência à compressão para os corpos de prova tratados termicamente, com tensão de compressão tão alta quanto 118 MPa. Este estudo revelou com sucesso o efeito positivo do tratamento térmico pós-fabricação de materiais poliméricos.
△ Meios de amostra de resistência à compressão
Peças de polipropileno impressas em 3D com tratamento térmico para sistemas a vácuo
A pesquisa mais recente do Journal of Manufacturing and Materials Processing investiga a viabilidade de aplicar um processo de tratamento térmico para encapsular polipropileno impresso em 3D sob condições de vácuo. Estudos descobriram que o tratamento térmico é muito eficaz para o processo de embalagem.
Os pesquisadores sobrepuseram a peça impressa com 98% de preenchimento e selada após o tratamento térmico por 15 iterações, com uma média de 0,4 m Torr e um intervalo de confiança de 95% de 0,2 m Torr. O estudo obteve sucesso usando uma segunda pistola de calor de 400 graus 55-segundo para vedar superfícies sensíveis ao vácuo, aumentando a pressão mínima de vácuo alcançada.
△ A pressão final alcançada antes e depois do aquecimento e o intervalo de confiança de 95 por cento para cada porcentagem de sobreposição de enchimento
O tratamento térmico afeta a estabilidade dimensional dos componentes impressos em 3D?
Os pesquisadores publicaram um estudo na Composites Part A examinando o efeito do tratamento térmico na estabilidade e nas propriedades de tração de compósitos reforçados com fibra de carbono contínua impressos em 3D (CCF). Alterações morfológicas e dispersão das camadas impressas foram utilizadas para avaliar a estabilidade dimensional das amostras. A tecnologia de impressão 3D é baseada em um método de fabricação de filamentos fundidos (FFF) conhecido como fabricação de filamentos contínuos (CFF).
C-CCFRC e S-CCFRC são os nomes usados para amostras aprimoradas com camadas CCF concentradas e separadas, respectivamente. Após o tratamento térmico a 100 graus e 150 graus, os CCFRCs exibiram excelentes propriedades de tração, embora a estabilidade dimensional fosse melhor a 100 graus, especialmente para S-CCFRC. A cristalinidade da matriz aumentou de 17,42% na amostra não tratada para 22,76% na amostra tratada termicamente a 100°C, um aumento de 30,65%. O estudo também descobriu que os tratamentos térmicos a 100 graus e 200 graus reduziram a permeabilidade das amostras. A tendência de menor permeabilidade da matriz após o tratamento térmico é proporcional à sua mudança de tamanho. Portanto, o tratamento térmico de até 100 graus melhora muito a estabilidade dimensional das amostras.
△ Diagramas de deformação térmica de CCFRC com diferentes distribuições de número de camadas: (a) C-CCFRC e (b) S-CCFRC antes do tratamento térmico; (c) C-CCFRC e (d) S-CCFRC após tratamento térmico a 200 graus por 4 horas.
O efeito do tratamento térmico em peças de PLA?
Fused Deposition Modeling (FDM) é uma técnica popular de manufatura aditiva, da qual o PLA é o material mais utilizado. Em seu último estudo, publicado na Polymers, os pesquisadores avaliaram o desempenho de peças de PLA por 3-testes de flexão de pontos após o tratamento térmico e variando a orientação da construção, a espessura da camada e a velocidade.
Os pesquisadores usaram filamentos de PLA com um diâmetro de 1,75 mm. A configuração de fabricação xz, a temperatura do bico de 190 graus para evitar a quebra da amostra e os parâmetros de impressão ideais são uma velocidade de 90 mm/s e uma espessura de camada de 0,3 mm. Um pós-tratamento térmico de 75 graus em amostras fabricadas usando essas configurações mostrou um aumento na tensão de flexão. Finalmente, os resultados mostram que a deformação elástica e a recuperação durante o tratamento térmico não limitam significativamente a força máxima. A pesquisa mostra que as órteses podem ser impressas em 3D planas e depois torcidas para combinar com a área desejada do corpo humano.
Em suma, o tratamento térmico ajuda a melhorar as propriedades mecânicas, a estabilidade dimensional e as propriedades ópticas das peças impressas em 3D.