F used Deposition Modeling (FDM), yüksek performanslı termoplastik ve yazıcı donanımlarında sıkça kullanılan parçalar üretebilme yeteneğine sahip bir üretim-grad katkı üretim sürecine olgunlaşmıştır.FDM genellikle prototyping ve düşük ücretli uygulamalarla ilişkilendirilirken, yüksek performanslı termoplastik ve yazıcı donanımdaki gelişmeler yüksek sıcaklıklara maruz kalan bileşenler için uygulanabilir hale gelmiştir.

Yüksek sıcaklık ortamları için FDM parçaları tasarlamak, standart tasarım kılavuzlarının ötesine geçmek ve bu adresi ürperelemek için stratejilere ve sıcaklıkta tabaka temizlemeye yönelik stratejilere yönelik sistematik bir yaklaşım gerektirir.

Bu makale, sürekli veya döngü yüksek sıcaklık maruziyeti için tasarlanmış FDM parçalarını tasarlamak için kapsamlı bir çerçeve sunar, malzeme seçimi, bölüm geometrisi, baskı parametreleri, post-işlemleme ve doğrulama yöntemleri.

Termal Talepleri Anlamak

Uzayda yüksek sıcaklık ortamları (çalışkanlık bileşenleri, kanal), otomotiv (mükemmel yerler, sıcak hava kanalları), ve endüstriyel makineler (çoklama, fırınlara yakın tamir), standart FDM malzemelerini PLA veya ABS gibi serbest bırakmak zorundadır.

  • [FONT:0)Sustained sıcaklık[DÜT:1) - malzemenin ısı deflektif sıcaklığının üzerindeki sürekli maruz kalma (HDT) yumuşama ve boyut kaymasına yol açıyor.
  • [FONT:0)Cyclic sıcaklık) - tekrarlanan ısıtma ve soğutma, özellikle de katman arayüzlerinde ısınmasına neden olur.
  • [FONT:0)Peak sıcaklık artışları[[DÜT:1) - Sürekli derecelendirmenin üzerindeki kısa mesafeli maruz kalmalar yüksek cam geçiş sıcaklığı (Tg) ve kar-formasyon davranışı ile malzeme gerektirir.
  • [FONT:0] ⁇ gradients[[DÜT:1) - bir kısım içinde eşitsiz ısıtma, bu savaşları veya yapıyı kıran iç stresleri tetikler.

Bu faktörlerin her biri doğrudan malzeme seçimi, duvar kalınlığı, geometriyi destekler ve post-işlem adımları.

Yüksek Çağature FDM için malzeme seçimi

Doğru filament seçmek en önemli karardır. FDM için yüksek sıcaklık termoplastikleri genellikle yüksek Tg ve HDT değerleri ile yarı kristal veya morföz polimerlerdir. En yaygın malzemeler ve anahtar özellikleri aşağıda listelenmiştir.

Polyetheretherketone (PEEK)

PEEK, 250°C'ye kadar sürekli kullanım sıcaklıkları ile olağanüstü ısı stabilitesi sunuyor. Tg'nin üzerinde mekanik güç ve sertlik iyi bir ısıtıyor (yaklaşık 143°C). PEEK yarı iletken, yani kontrollü soğutma yoluyla yüksek kristalite elde edebilir, bu da kimyasal direnci ve ürpertici performansı artırır.

Polyphenylsulfone (PPSU)

PPSU yüksek ısı direncini birleştirir (Tg ~220°C, HDT ~207°C 264 psi) mükemmel etki gücü ve kimyasal direniş ile birleştirir. Bu, yarı iletken malzemelerle ilgili işlemeyi basitleştirir, ancak hala ısıtmalı bir oda (~120°C) ve sıcak bir son gerektirir. PPSU genellikle sıcak su veya buhar sterilizasyon gerektiren parçalar için kullanılır, tıbbi ve gıda işleme fikstürlerinde popüler hale getirir.

Ultem (PEI – Polyetherimide)

Ultem 9085 (amorphous) ve Ultem 1010 (semi-kristal gibi davranışlar) çok daha fazla havacılık içlerinde ve araçlamada kullanılır. Ultem 9085 daha yüksek çözünürlükte 186°C ve 264 psi.It has lower continuous use temperature than PEEK (yaklaşık 170.000C) but is easier to print on many pro-grad FDM makineleri. Ultem 1010 offers higher crystal Tlinity and improve chemical solution for more requests role.

Diğer Yüksek Çağ Adayları

  • [FONT:0]P Polikarbonat (PC)) – HDT ~130°C, daha düşük maliyet, ancak uygun şekilde kurup savaşmasına eğilimlidir.
  • [FONT:0)Nylon 12 (PA12) karbon fiber ile ) – HDT, gelişmiş derecelerde 150 °C'yi aşabilir, orta sıcaklık için uygun.
  • [FONT:0)Polypropylene (PP)) - mükemmel kimyasal direnç ancak düşük HDT (~100°C) yüksek sıcaklık uygulamasını sınırlandırır.

Detaylı malzeme karşılaştırmaları için, danışmak:0] Stratasys malzemeleri kataloğu[D:2]) veya [[DFLT:4])[FLT: 3D Hubs malzeme rehberi).

Termal genişleme ve Stres için Tasarım

Tüm termoplastikler ısıtıldığında genişletilir. FDM malzemeleri için ısıtılması (CTE) yaklaşık 30-100 μm /m°C, dolgulara ve anisotropy'ye bağlı olarak zayıf bir şekilde tasarlanmış bir kısım, savaş ya da sıcaklık değişiklikleri olarak çatlakları bağlayabilir.

Clearances and Fits

Bir baskılı parçaya karşı kaydırılır veya başka bir bileşene (örneğin, sıcak hava düklerinde bir boğa), termal genişleme için hesapların kullanıldığı bir tespitte bulunur.

[FONT=0)Clearance = {{L = α × L × 345T

α CTE nerede, L nominal boyut ve {{T, çevrenin üzerinde çatlaklara neden olabilecek sert toleranslardır; bunun yerine, bir slot-ve-tang gibi bir toleranslı geometrisi kullanın.

Ayırma ve Stres

Sharp köşeleri stres kesici olarak hareket eder ve yüksek sıcaklık rupture bu noktalarda başlayabilir. Her iç ve dış köşe en az 1-2 mm'lik bir dolum yarıçapını dahil etmeli ve tercihen 3-5 mm kalın bölümler için.

Ribbing ve Yapısal Stiffing

Sıcaklıkta yükleri desteklemeli olan ince duvarlar için, duvar kalınlığından daha az olmalıdır ve arkadaki kaburga kalınlığı baskıyı engellemeye yardımcı olur. Ribs ayrıca baskı sırasında savaşmayı önlemeye yardımcı olur çünkü sürekli bir ısı dağılımı sağlarlar: İyi bir başparma kuralı: kaburga yüksekliği duvar kalınlığı altı kattan daha az olmalıdır ve arkadaki kaburga kalınlığı duvardan daha kalın olmamalıdır.

Heat Dissipation Özellikler

Oluşturulan veya tuzak ısısı (örneğin, elektronik için muhafazalar), havalandırma yuvaları veya lattice yapıları dahil olmak üzere. Boşluk deseninde bir hexagonal veya gyroid, yük yollarını korurken ısı değiştirici olarak hareket etmek için tasarlanmıştır.

Baskı ve Katman Adhesion

FDM parçaları doğal olarak anisotropic: Z-kökez (kat-katılım) güç genellikle XY kuvvetinin 2⁄3'üne kadardır. Yüksek sıcaklıklarda, bu anisotropy kötüleşir, çünkü polimer zincirleri tabakalarda daha az toksiktir. Yüksek sıcaklık malzemeleri özellikle de gradients tarafından verilen zayıf interkatlı bağlara karşı hassastır.

Yönelme Strateji

  • Align, XY uçağı ile sürekli yükleme yönü (kesin baskı) mümkün olduğunda. deneyimlerin bükme stresiyle dolu bir para için, kenarda yazdırın, böylece bu tabakaların maksimum bükme anıya paralel olarak çalıştırdığı.
  • Kolesterler veya iplikler ile parçalar için, delikleri yönlendirmek, böylece delik ekseninin zayıf, sabit bisiklet altında başarısız olabilecek sert kenarlardan kaçınmak için katman hatlarına dikilmesi gerekir.
  • Sadece gerekli olduğunda destek kullanın; yüksek sıcaklık malzemeleri pahalı ve destek kaldırma kritik yüzeylere zarar verebilir. Farklı bir malzemeden (örneğin, düzeltilmiş destek) inşa edilebilir.Eğer yazıcınız çift ekstrüzyon izin verirse.

Interkatronik Güç Geliştirme

Yüksek servis sıcaklıklarında, zayıf iç katman bölgesi, tahvil gücünü geliştirmek için ilk şeydir:

  • [FONT=0) Üreticinin önerilen aralığında yüksek sıcaklık ile yazılır (örneğin PEEK için, nozlu sıcaklık 360-420°C).
  • [FONT=0)Increase build Room temperature[DÜDÜT:1], tabakalar arasında soğutma oranını azaltmak, polimer zincirlerin arayüze diffetmek için izin vermek.Udri için 80-120°C oda sıcaklığı tipik; PEEK için, 100-160°C.
  • [0]GÖRÜSÜŞÜNÜŞÜSÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ:0)Gülün katmanları (0.2-0.3 mm)[0-0.3 mm) [DÜyetim: Konfüçülenkül katmanları daha hızlı serinliyor ve özellikle yüksek malzemelerle tam bir bağ elde edemiyor olabilir.
  • [FONT:0)Bir stresle bir adım[Dönemli) baskıdan sonra (Post-Processing section)

Yüksek Çağ için üretim gereksinimleri

Standart masaüstü FDM yazıcıları yüksek sıcaklık malzemeleri işlemez. Aşağıdaki donanım özellikleri gereklidir:

  • [FONT:0] Tüm metal sıcak son [[Dönetici: 1 °C üzerinde sürekli olarak nozul sıcaklıkları, sık sık sık ısının filament yoluna girmesini önlemek için bir çift ısı molası ile.
  • [FONT:0)Od inşa odası [Dönetici: 1) kapalı ve insated, en az 100°C (200°C) gelişmiş PEEK kurulumları için aktif sıcaklık kontrolü ile ısıtıldı.
  • [FONT=0]Dry filament depolama[DryT:1] - yüksek sıcaklık malzemeleri hipnoskopik. PEEK, Ultem ve PPSU baskı yapmadan önce 0.02 nemden daha az kuru olmalıdır.
  • [FONT:0)Precision hareket sistemi[[Dönetici: 1) yüksek kaliteli lineer raylar veya top vidalar, termal genişlemenin makine geometrisini etkilediği yüksek oda sıcaklıklarında doğruluklarını korumak için doğruluk sağlar.

Endüstri sistemleri, [FONTD:0] [Döneticileri 450mc[D:2] ) veya [[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ] [DÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜyetimler Arası Sanayi Serisi[DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız[DÜyeler İçin Tıklayınız.

Heat Stability için Post-Processing for Thermal Stability

Post-işlemler FDM parçalarının yüksek sıcaklık performansını önemli ölçüde artırabilir. En etkili teknikler ekleniyor ve stres-relief ısı tedavileridir.

Annealinging

Annealing, sadece Tg'nin altında basılı bölümü ısıtmayı içerir (morf polimerler için) veya Tg'nin üzerinde ( yarı kristal polimerler için) tanımlanmış bir süre için, yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

  • PEEK: 2-4 saat boyunca bir fırında 200°C, sonra 5°C / oda sıcaklığında serin.
  • Ultem: 1-2 saat boyunca 190°C.
  • PPSU: 1 saat boyunca 200°C.

Parçalar, savaşların önlenmesi için ek olarak desteklenmelidir. Sand veya sıva yatakları kullanılabilir veya bölüm bir fikstürde ihmal edilebilir.Realing can neden 0.2-0.5%, bu yüzden küçük bir tazminat (örneğin, ölçek faktörü 1.003 ila 1.005) eğer post-anneing dimensional doğruluk kritikse.Note that ekaling can reason scalage of 0.2-0.5%, so design in a small amounts (e.g., ölçek faktörü 1.003 to 1.005)

Kristallik Değişimi olmadan Stres Yardımı

Ultem 9085 gibi morföz malzemeler için, basit bir stres döngüsü (180°C 30 dakika boyunca yavaş serin), mekanik özellikleri dramatik bir şekilde değiştirmeden baskıdan geri kalan kalıcı stresleri azaltır.Bu, uzun vadeli boyutsal stabiliteyi termal bisiklet altında geliştirir.

Sıcaklıkta Mekanik Davranış

Yüksek servis sıcaklıklarında, FDM parçaları modeulus'u azalttı, yüksek çözünürlükte artış gösterdi ve zaman bağımlı düktörler bu değişikliklerin erken başarısızlıktan kaçınmak için dikkate almalıdır.

Creep

Creep, yüksek sıcaklıkta sürekli yük altında yavaş deformasyondur. Tüm termoplastikler ürpertici, ancak yarı iletken notlar (PEEK, ek olarak Ultem 1010) hizmet sıcaklığında kısa vadeli verimin% 25-30'u kadar düşük maliyetlidir.

Termal Fatigue

Tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngüleri, katman arayüzlerinde yorgunluka neden olur. Başarısızlık için döngü sayısı üst üste sıcaklık aralığı ile üst üste düşer.

  • keskin termal geçişlerden kaçının - kademeli sıcaklık rampaları için tasarım.
  • Ayrılmada yüksek elongasyonla bir malzeme kullanın (örneğin, PPSU >50%) sustuğunu sağlamak için.
  • Instriyel-relief, termal bisikletin yoğun olduğu bellows veya flexures gibi özellikleridir.

Test ve Geçerlilik

Yüksek sıcaklık FDM bölümünü dağıtmadan önce, performansını aşağıdaki testler ile doğrulamayı:

  • [FONT:0]HDT ölçüm[[DÜT:1) - yazdırılmış örnek HDT (ASTM D648, yöntem A) malzeme veri tablosuna kıyasla. Önemli bir damla kötü Interkat bağlama veya yetersiz kurutma önerir.
  • [FONT:0] ⁇ bisiklet testi[[Dönetici: 1 ) - 50-100 döngüleri için minimum ve maksimum hizmet sıcaklığı arasındaki kısım; çatlaklar için denetim, delaminasyon veya savaş için.
  • [FONT:0)Creep testi yük altında - hizmet sıcaklığında bir temsilci yükü uygulayın ve 24 saat boyunca susması gerekir.
  • [FONT:0]Dimensional stabilitesi[Dönetici: 1 ) - daha önce ve termal maruz kalmadan önce kritik boyutları ölçebilir. Boyut değişiklikleri% 0.5'den daha büyük tasarım ayarlamaları veya alternatif malzemeler gerektirebilir.

Sıcaklıkta daha derin bir şekilde FDM karakterizasyonuna göre, [[DÜT:0]).NIST'in FDM bölümlerinin termal yüklemesi üzerinde çalışması).

Vaka Örneği: High-Temperature Duct for Aerospace

Bir motor kanamasından 150 °C havayı çevresel kontrollere kadar uzanan bir kanal düşünün. En son 300 mm uzunluğunda, 50 mm çapında ve 2 barın iç baskısına dayanmalıdır. Material: PEEK. Design features:

  • Duvar kalınlığı 2.5 mm baskı ve ürpertici işlemek için.
  • 3 mm radii ile tüm köşelerde.
  • Baskı: duct eksen perpendicular to katman hatları (bir tarafta basılmış) en yüksek hoop gücü.
  • 3 saat boyunca 200°C'de Annealed, sonra başarısızlık olmadan 3 bar'ta 160°C'ye test edildi.
  • Sıcaklık genişlemesine izin vermek için 0.2 mm'de ayarlanmış mating bileşenleri için temizlenme (α=50 μm/m°C).

Bu parçalar alüminyum bir kanal değiştirdi, tüm performans gereksinimleri karşılamak için% 60 kilo tasarruf etti.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek sıcaklık ortamları için FDM parçaları tasarlayın, malzeme bilimi, mekanik tasarım, katkı üretim süreci kontrollerini ve geçerli polimerleri seçerek, PPSU, Ultem veya güçlendirilen varyantlar için geometriyi optimize edin, ısı genişletme ve stres konsantrasyonunu kontrol etmek için baskı parametrelerini en üst düzeye çıkarmak ve doğru post-işlemleme yapmak için kontrol edebilir.

Alan gelişmeye devam ediyor: seramik elyaflarla yeni kompozit filamentler ve ek olarak sistemler, daha yüksek termal sınırlar vaat ediyor.Mühendisler mevcut kalıp ısıyı hayatta kalan parçalarla kalmaları gerekir. ve sürekli olarak tasarım süreçlerini ampirik testlere dayanan.