Iedereen die betrokken is bij praktisch 3D-printen heeft waarschijnlijk gemerkt dat ze hun 3D-prints moeten optimaliseren en hun mechanische eigenschappen moeten verbeteren. Dit kan door te experimenteren met meer industriële materialen of door de printinstellingen aan te passen. Deze opties kunnen echter kostbaar zijn of niet het gewenste resultaat opleveren. Nu vraagt u zich misschien af of er een manier is om een 3D-print te verbeteren zonder te betalen voor industriële materialen of uren te besteden aan het aanpassen van de instellingen. En laten we u vertellen: die is er en het heet annealing.
Inzicht in gloeien
Definitie van gloeien in de context van 3D-printen
Het concept van gloeien is ontstaan in de metallurgie, wat een nuttige praktijk werd bij het verbeteren van de ductiliteit en het vermogen van staal. Tijdens het gloeien worden de temperatuur en de koelsnelheid nauwkeurig beheerd om de algehele prestatie van het object te optimaliseren.
Op dezelfde manier kan annealing in 3D-printen mechanische eigenschappen aanzienlijk vergroten. Het is een proces dat bestaat uit het verwarmen van het object en het vervolgens afkoelen in een gecontroleerde omgeving. Deze aanpak vermindert interne spanningen in het materiaal, wat zorgt voor een krachtiger en temperatuurbestendiger product.
Impact op materiaaleigenschappen
Gloeien werkt via een kristalmechanisme dat tegengestelde effecten op metalen en polymeren produceert. Met PLA-filament als voorbeeld, houdt gloeien in dat het materiaal wordt verhit tot temperaturen boven de glasovergangstemperatuur, waardoor de polymeerketens zich herschikken in positief geladen vormen die bekend staan als kristalgebieden. Die gebieden verhogen de mechanische sterkte, thermische weerstand en chemische stabiliteit van het polymeeroppervlak.
In tegenstelling tot metalen, waar gloeien de ductiliteit verbetert, zorgen kristallijne gebieden gevormd in polymeren voor hardheid en flexibiliteit. Deze kristalstructuren worden gevormd door nucleatie- en groeiprocessen, waarbij temperatuur het evenwicht van de twee componenten beïnvloedt.
Voordelen van het gloeien van uw 3D-afdrukken
Verbeterde mechanische sterkte en duurzaamheid
Wanneer ze goed worden uitgegloeid, vertonen 3D-geprinte onderdelen minimale krimp of kromtrekken en bereiken ze significante verbeteringen in mechanische eigenschappen. Gloeiprocessen kunnen de buigsterkte en stijfheid verhogen, waardoor de onderdelen zeer goed bestand zijn tegen mechanische spanning en schokken. Zo gloeide de Rijksuniversiteit Groningen Carbon Fiber PET-filament bij 120 °C, wat resulteerde in een toename van 18,5% in buigsterkte. Bovendien verbetert gloeien de weerstand van materialen tegen hitte boven hun glasovergangstemperatuur (TG), waardoor ze sterker en duurzamer worden.
Verbeterde hittebestendigheid en stabiliteit
Academici van het tijdschrift Polymers testten pure ABS-monsters door ze te gloeien bij temperaturen variërend van
105°C tot 175°C om de differentiële treksterkte tot 4 uur te verbeteren bij optimale gloeicondities van 105°C met een treksterkte van ongeveer 6,31% vergeleken met die van onbehandelde monsters. Verbeterd Bovendien helpt gloeien om de verandering in vorm van geprinte onderdelen te verminderen, wat resulteert in een grotere vormstabiliteit in de loop van de tijd
Vermindering van interne spanningen en kromtrekken
Het belangrijkste voordeel van gloeien is dat het tegelijkertijd interne spanningen, porositeit en kromtrekken in 3D-geprinte onderdelen kan verminderen, waardoor de hechting tussen de lagen en de algehele structurele integriteit worden verbeterd. Deze nabewerkingsmethode vermindert krimp en kromtrekken en elimineert restspanningen in het materiaal. Tijdens het gloeien is het belangrijk om op te merken dat hoge verwarmingstemperaturen enige verslechtering van de printeigenschappen en oppervlakteoxidatie kunnen veroorzaken, met name in materialen zoals PET-CF. Een zorgvuldige selectie van de gloeitemperatuur op basis van de gewenste eigenschappen van het eindproduct kan resulteren in minder kromtrekken en verbeterde mechanische eigenschappen.
Gloeien van verschillende materialen
Hoewel gloeien efficiënter blijkt te zijn voor materialen zoals PLA en PETG, zijn de voordelen minder voor ASA en ABS vanwege de hoeveelheid vervorming en vervorming. Ondanks mogelijke uitdagingen in termen van veranderingen in grootte en reikwijdte, wegen de voordelen van de verbeterde apparatuur op tegen deze nadelen.
Gloeitechnieken en -methoden
Verschillende gloeitechnieken kunnen worden gebruikt om de eigenschappen van 3D-prints te verbeteren. Deze methoden omvatten zand- of zoutbadgloeien, ovengloeien en ondergedompeld watergloeien. Zand- of zoutbadgloeien omvat het onderdompelen van het geprinte object in een verwarmd bad van zand of zout om gelijkmatige verwarming en gecontroleerde koeling te bereiken. Ovengloeien daarentegen omvat het plaatsen van het object in een oven en het verwarmen tot de gewenste temperatuur gedurende een specifieke duur. Ondergedompeld watergloeien omvat het onderdompelen van het object in verwarmd water om gelijkmatige verwarming en koeling te helpen. Elke techniek biedt unieke voordelen en is geschikt voor verschillende soorten materialen en gewenste resultaten.
De juiste methode kiezen
Bij het bepalen welke gloeimethode het beste werkt voor uw geselecteerde materiaal, raden wij u aan om meerdere factoren te overwegen. Deze factoren omvatten:
- het type materiaal dat gebruikt is,
- de gewenste eigenschappen van het uiteindelijke object,
- en praktische overwegingen zoals de beschikbaarheid van apparatuur en veiligheid.
Ovengloeien is de eenvoudigste methode en wordt het meest gebruikt door makers en hobbyisten. Bovendien werken PETG en PLA het beste met ovengloeien omdat het proces eenvoudig en effectief is. Als u echter met transparant PETG werkt, overweeg dan een zorgvuldigere temperatuurregeling. Bovendien moet u zorgvuldig rekening houden met de grootte en vorm van het object bij het bepalen van de gloeitijd en -temperatuur.
Beste praktijken en tips
Hoewel gloeien een bekend proces is voor metalen en geïnjecteerde kunststof onderdelen, is de toepassing ervan in 3D-printen minder bekend, maar desalniettemin effectief. Het begrijpen van de principes achter gloeien en het implementeren van best practices kan leiden tot aanzienlijke verbeteringen in de printkwaliteit.
De juiste temperatuur en duur selecteren
Het selecteren van de juiste gloeitemperatuur is cruciaal voor het behalen van optimale resultaten. Het doel is om de glasovergangstemperatuur te bereiken, waarbij de moleculaire structuur van het plastic een herschikking ondergaat zonder het smeltpunt te bereiken. Verschillende materialen hebben verschillende glasovergangstemperaturen en het vinden van de juiste balans is essentieel. Hogere temperaturen zorgen voor een grotere stevigheid, maar kunnen leiden tot kromtrekken en vervorming als ze worden overschreden. Het is belangrijk om experimenten uit te voeren om het ideale temperatuurbereik voor elk materiaal te bepalen en de gloeitijd dienovereenkomstig aan te passen.
Volgens Prusa Research hebben amorfe polymeren, zoals PLA, een breed temperatuurbereik (PLA 65 tot 170 °C) tussen het begin van de glasovergang en het smeltpunt. Hoe hoger de temperatuur, hoe meer de lagen samensmelten, waardoor het materiaal sterker wordt. Maar zelfs hogere temperaturen zorgen ervoor dat het materiaal krimpt, draait en uiteindelijk zachter wordt, waardoor het materiaal uit elkaar valt. Om de beste resultaten te krijgen, moet u dus de juiste balans vinden tussen het zo stijf mogelijk maken van het object en het behouden van de juiste grootte en vorm. De juiste gloeitijd is afhankelijk van de grootte en vorm van het materiaal. In het genoemde artikel kunt u zien dat hun testmonsters 30 minuten in een elektrische oven werden verwarmd.
Tips om vervorming en dimensionale veranderingen te minimaliseren
Er kunnen verschillende technieken worden gebruikt om vervorming en dimensionale veranderingen tijdens het gloeien te verminderen. Zorg er eerst voor dat de print gelijkmatig wordt verwarmd om uniforme uitzetting en snijden te voorkomen. Een heteluchtoven met nauwkeurige temperatuurregeling wordt aanbevolen voor consistente resultaten. Daarnaast kan het kiezen van materialen met een groot verschil tussen de glasovergangstemperatuur en het smeltpunt helpen vervormingsproblemen te verminderen. Zorgvuldige monitoring van het gloeiproces en het aanpassen van de parameters indien nodig kan de resultaten aanzienlijk verbeteren. Tot slot kan het uitvoeren van post-gloeiende kalibraties en aanpassingen, zoals het opschalen van prints om de krimp te compenseren, helpen de dimensionale nauwkeurigheid te behouden.
Door deze aanbevelingen te volgen en best practices te implementeren, kunt u de kracht van gloeien benutten om de efficiëntie van uw prints te verbeteren. Door geprinte materialen te onderwerpen aan gecontroleerde verwarmings- en koelcycli, kunnen hun sterkte, duurzaamheid en thermische weerstand worden vergroot. Of u nu complexe functionele onderdelen wilt maken of de prestaties van een prototype wilt verbeteren, het is de moeite waard om gloeien te overwegen als een proces na uw 3D-prints.
Gloeien van PLA Prime
Het gloeien van PLA Prime-prints kan hun thermische weerstand en structurele integriteit verbeteren. Er moet echter voorzichtigheid worden betracht om kromtrekken of vervorming te voorkomen. Hier is een algemene richtlijn voor het gloeien van PLA-materialen, met name die met 100% infill:
Temperatuur
Temperatuurinstelling: De aanbevolen temperatuur voor PLA Prime is ongeveer 120°C
Tijd
Duur: Afhankelijk van de grootte en dikte van het object kan het gloeiproces 30 minuten tot een uur duren. Voor 100% infill kan een langere tijd nodig zijn om volledige warmteoverdracht mogelijk te maken en de PLA door het hele product te regenereren. Bovendien zorgen 100% infill-gedrukte producten voor minimale krimp.
Proces
Verwarm uw oven voor: Zorg ervoor dat uw oven is voorverwarmd tot 120°C. Een oventhermometer kan helpen om ervoor te zorgen dat de temperatuurinstellingen van uw oven nauwkeurig zijn, aangezien oventemperaturen kunnen variëren.
We raden af om een oven die nog bedoeld is om voedsel te bereiden, te gebruiken om materiaal te gloeien.
Bereid het object voor: Leg het PLA Prime-object op een bakplaat bekleed met bakpapier of een siliconenmat om plakken te voorkomen. Sommige mensen leggen het object op een bedje van zand of rond aluminiumfolie om het te ondersteunen en de kans op kromtrekken te verkleinen.
Baktijd: Plaats het object in de oven en houd het proces nauwlettend in de gaten. Begin met een kortere duur (bijv. 30 minuten), vooral voor kleinere of dunnere objecten.
Afkoelen: Na het gloeien is het belangrijk om het object langzaam af te koelen om thermische schokken en kromtrekken te voorkomen. U kunt de oven uitzetten en de deur iets open laten staan, zodat het product geleidelijk kan afkoelen met de oven. Als u geen haast hebt, krijgt u de beste resultaten als u de oven volledig gesloten laat terwijl deze afkoelt.
Tips
Testen: Test indien mogelijk eerst het gloeiproces op een minder dicht monster of sectie. Dit kan u helpen de beste temperatuur- en tijdinstellingen voor uw oven en object te bepalen zonder het risico te lopen op een duurder of groter project.
Ventilatie: Zorg voor goede ventilatie in uw werkruimte, aangezien bij het verwarmen van PLA dampen vrij kunnen komen.
Verwacht dimensionale veranderingen: Gloeien kan ervoor zorgen dat PLA-objecten krimpen of licht kromtrekken door de warmtebehandeling. Hiermee moet rekening worden gehouden bij precisieonderdelen of waar dimensies kritisch zijn.
Onthoud dat de resultaten van het gloeien sterk kunnen variëren op basis van de geometrie van het object en de specifieke oveneigenschappen. Experimenteren op een gecontroleerde manier is de sleutel tot het vinden van het optimale proces voor uw specifieke situatie.
Veelgestelde vragen
Wat is het doel van gloeien?
Het doel van gloeien is om de fysieke en mechanische eigenschappen van materialen, zoals sterkte, duurzaamheid en temperatuurbestendigheid, te verbeteren door ze te onderwerpen aan gecontroleerde verwarmings- en koelcycli.
Wat doet gloeien met 3D-prints?
Gloeien verbetert de mechanische eigenschappen van de 3D-print. Het geeft de print een hogere treksterkte, grotere stijfheid en hogere hittebestendigheid.
Is gloeien noodzakelijk?
Hoewel gloeien de mechanische eigenschappen van uw afdrukken kan verbeteren, is dit niet noodzakelijk.
Wat zijn de 3 fasen van gloeien?
Het gloeiproces bestaat uit drie fasen naarmate de temperatuur van het materiaal stijgt: herstel, herkristallisatie en korrelgroei.
Reactie plaatsen
Reacties