•    發佈時間：2023/10/20
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【概要描述】 3D列印為創建比傳統製造技術更實惠、更可定制的功能部件提供了多種可能性。但是，您必須小心將列印的材料與您的特定性能要求相匹配。最近發佈的UltiMaker PET CF是一種碳纖維複合材料，具有令人印象深刻的強度、剛度和耐熱性能，非常適合製造高性能零件。

然而，PET CF也是UltiMaker第一種能夠增強性能的材料。這是因為PET CF的設計和測試都考慮到了退火。退火是一種後處理程式，用於細化3D列印零件，增強其結構完整性和耐用性。在本指南中，我們將探討對PET CF零件進行退火的好處，並指導您如何進行退火。

什麼是退火

退火是一種熱處理工藝，傳統上用於冶金和玻璃製造，以減輕應力、提高延展性和改善材料性能。基本原理包括使用專用烤箱將材料加熱到特定溫度，然後以可控的速度冷卻。

當應用於3D列印零件，特別是由PET CF和尼龍等半結晶材料製成的零件時，退火可以提高機械性能，如抗拉強度、剛度和耐熱性。退火的結果會因使用的材料而異。因此，該過程可能很複雜，並可能產生意想不到的結果。然而，UltiMaker PET CF是專門為退火而設計的。

為什麼要對UltiMaker PET CF進行退火？

PET CF由於其半結晶結構而特別適合退火。許多3D列印聚合物，如ABS和PETG，具有無定形結構，這意味著其中的聚合物鏈以混亂的方式排列。在分子尺度上類似於一碗義大利麵條。結晶結構由有序的鏈組成，從而產生更好的強度特性。像PET CF這樣的半結晶材料可以通過將其加熱到玻璃化轉變點來結晶，從而使其中的聚合物鏈變得更有組織性，從而更強。



PET CF的適用性，加上我們在開發過程中進行的廣泛測試和驗證，使其成為退火的完美候選者。如果你遵循本文中的指導原則，你最終會得到一個更堅固、更堅硬、更耐熱的零件。我們還在PET CF技術數據表中給出了該材料的標準版本和退火版本的性能編號，這樣您就可以知道您的最終零件的性能。

根據這些數字，您可以預期以下性能提升：


強度增加30%
剛度增加10%
耐熱性從80°C提高到180°C


這些改進是巨大的，使PET CF成為使用昂貴的傳統製造技術製造的金屬和碳纖維零件的可行替代品。

在我們解釋如何實現這些令人印象深刻的改進之前，讓我們快速討論一下零件退火的缺點，以及在哪些情況下您可能希望避免這樣做。

零件退火的缺點

首先，你的零件在退火時會稍微收縮。這就是這個過程如此複雜的原因之一。加熱時，您的零件也可能彎曲或下垂。然而，幸運的是，我們可以彌補這兩個問題。我們將在本博客的下一節中解釋如何。

第二個也是更具影響力的缺點是，你的零件的一些特定機械性能會降低。特別是抗衝擊性和Z粘附性。您的零件將不太能承受垂直於列印方向的壓力。您可以預期Z軸上的抗拉強度會降低約15%。因此，在列印過程中仔細考慮零件的方向很重要，這樣最終零件就不會在施加力的方向上減弱。

如何退火PET CF



為了確保零件退火成功，您需要在每一步都考慮退火的要求。首先要選擇（或設計）三維模型。退火過程在薄壁模型上效果不佳。為了獲得最佳效果，應避免使用厚度小於4毫米的牆壁，並儘量遵守零件設計的最佳實踐。

接下來，在切割零件時，需要對收縮過程進行補償。對於PET CF，退火過程中的收縮率在XY軸上為-0.3%，在Z軸上為-1.7%。您可以通過放大零件來手動補償，但在使用UltiMaker Cura時沒有必要這樣做。相反，您可以選擇專業定制的退火意圖配置檔，它將自動應用相關補償。

 

最後，如果您的零件有任何顯著的懸挑或橋樑，則需要確保使用支撐。這是因為這些特徵可能在退火過程中下垂。您可以選擇使用常規支撐（列印有PET CF的支撐結構）或使用UltiMaker Breakaway支撐材料的多材料支撐。

 

一旦選擇了退火輪廓，就可以對零件進行切片和列印。從印表機上卸下零件時，不要將其從構建板上取下。這是因為零件需要以與印刷時相同的方向進行退火。將印刷品放在仍然附著在構建板上的退火爐中是一種簡單的方法，可以確保這一點，同時確保任何支撐件都保持在原位。柔性板和玻璃板都可以在退火爐中使用。

 

現在，是時候操作退火爐了。可以使用任何設計用於退火的烤箱，但我們建議使用高質量的專業機器，如Binder FP115。

 

為烤箱編程

 

在打開烤箱之前，我們需要確定它應該退火多長時間。你可以通過測量你的部位最厚的部分來做到這一點。以小時為單位的退火時間是以mm/2為單位的厚度。假設您的零件厚度為4毫米，那麼您需要在退火溫度下對零件進行2小時的退火。退火爐的編程細節應在烤箱的用戶手冊中提供。

 

下麵描述了4mm厚度的PET CF樣品的經驗證的退火輪廓。可以基於特性偏好來決定不同的退火溫度（Tc）。溫度越高，零件的熱阻越高，但硬度越低，收縮率越高。建議保持加熱/冷卻斜坡，以獲得最佳效果。因此，高溫退火將導致更長的退火時間。



 





過程


持續時間(小時)


溫度(℃)


斜坡(C/h)




開始


(不適用)


20


(不適用)




加熱至Tg


1


75


55




無應力


1


80


5




加熱至Tg


1


120


40




鍛煉


2


120


(不適用)




冷卻至Tg


2


80


- 20




冷卻至室溫


1


50


- 30




總數


8


 


 





一旦物體冷卻下來並從烘箱中取出，退火過程就完成了，零件就可以使用了。如果需要，可以使用常規的後處理方法，如打磨、拋光和塗覆。

 

退火過程概述

以下是零件退火所需的所有步驟的快速回顧:


選擇合適的零件(無薄壁)
考慮Z軸阻力，在Cura中正確定位零件
選擇退火意圖配置檔
如有必要，使用支架
切片並列印您的零件
測量您的零件以確定退火時間
將零件以印刷時的相同方向插入退火爐
將退火後的零件從烘箱中取出，必要時進行後處理


我們希望本指南能幫助您充分利用您的材料。退火似乎是一個令人困惑的過程，但UltiMaker PET CF使它變得前所未有的簡單！