Để khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật sau xử lý hiện tại lên chất lượng bề mặt và tính chất nhiệt của các mẫu FDM, (1) hình thái bề mặt và độ nhám, (2) đặc tính hấp thụ nhiệt, và (3) độ chính xác về kích thước đã được đánh giá trong nghiên cứu này. Đầu tiên, bề mặt của mẫu được đo bằng kính hiển vi quang học để điều tra những thay đổi một cách chi tiết của các đặc tính bề mặt trong quá trình xử lý. Sau mỗi bước của giai đoạn xử lý, hình thái bề mặt của mẫu vật được kiểm tra bằng kính hiển vi quang học (AxioLab A1, Carl Zeiss). Việc kiểm tra quang học này đảm bảo rằng tất cả những thay đổi về hình thái bề mặt có thể được ghi lại và sử dụng trong các bước tiếp theo của nghiên cứu. Ngoài ra, một máy quyét nano quang học không tiếp xúc có độ chính xác cao (NanoView-1000, NanoSystem) đã được sử dụng để đo độ nhám bề mặt của mẫu vật.
Hình 59 cho thấy hình thái bề mặt của các mẫu vật được chế tạo trong nghiên cứu này.
Sau khi chế tạo chi tiết in bằng FDM (Hình 59a), một lớp nhôm mỏng được lắng đọng trên bề mặt (Hình 59b). Trong cả hai Hình 59a và b, cái gọi là liên kết nội lớp nơi các sợi ép đùn được liên kết có thể được dễ dàng nhận ra (Gurrala và Regalla, 2014 [70]; Sun và cộng sự, 2008 [71]), mặc dù thực tế là rằng chúng không thể tạo thành một vật liệu rắn liên tục.
Chúng ta có thể quan sát thấy rằng lớp mỏng của nhôm phủ không thể lấp đầy hoàn toàn khe hở. Như trong Hình 59c, độ nhám bề mặt của bề mặt được xử lý hóa học đã được cải thiện đáng kể. Hình 59d cho thấy bề mặt nhẵn được phủ một lớp nhôm mỏng bằng phương pháp phun phủ. Cần lưu ý rằng các mẫu được xử lý bằng axeton phải được làm khô ở 50 ° C trong 30 giờ sau quá trình xử lý hóa học, dẫn đến loại bỏ hoàn toàn axeton còn lại bên trong mẫu. Axeton còn lại có thể làm cho bề mặt của các mẫu thử bị phồng rộp do nhiệt độ sôi thấp (~ 56 ° C) của nó khi gia nhiệt. Hình thái bề mặt của các mẫu vật gần như giống nhau trước và sau các bước làm khô và / hoặc gia nhiệt.
75 Hình 59. Hình ảnh hiển vi của mẫu phẳng: a) như in, b) chỉ được tráng nhôm, c) chỉ được xử lý
bằng axeton và d) được xử lý bằng axeton và được tráng nhôm
Đối với phép đo độ nhám bề mặt trung bình số học (Ra) bằng máy quét nano bề mặt không tiếp xúc, 25 điểm được chọn ở bề mặt trên cùng của mỗi mẫu. Hình 60a cho thấy kết quả đại diện của mẫu chỉ sau khi xử lý hóa chất. Giá trị trung bình của các điểm đo được là 330,56 nm, cho thấy rằng việc xử lý hóa học hiện tại có thể mang lại sự cải thiện đáng kể về độ hoàn thiện bề mặt của mẫu in.
Sau khi phủ một lớp nhôm mỏng lên bề mặt được xử lý bằng hóa chất, độ nhám bề mặt kết quả tăng lờn trung bỡnh là 2,06 àm, hỡnh 60b. Điều này chủ yếu là do kớch thước của cỏc hạt nhôm được sử dụng trong lớp phủ phun. Tuy nhiên, độ nhám bề mặt vẫn có thể chấp nhận được so với cỏc giỏ trị được bỏo cỏo trước đõy, vớ dụ 2,2 ~ 4,6 àm trong Galantucci et al. (2009) [6] và 1,6 ~ 3,9 àm trong Pandey et al. (2003) [20].
76 Hình 60. Đo độ nhám bề mặt: a) chỉ được xử lý bằng axeton và b) được xử lý bằng axeton và
được phủ nhôm
Cần lưu ý rằng lớp nhôm được phủ có đủ độ bám dính, được kiểm chứng từ một thử nghiệm bám dính đơn giản được tiến hành bằng băng dính. Chỉ có một số hạt nhôm nhỏ được loại bỏ bởi băng dính, không có bất kỳ bong tróc nào trên bề mặt của mẫu vật.
Một thí nghiệm gia nhiệt đơn giản đã được thiết kế và thực hiện để khảo sát đặc tính nhiệt của mẫu vật hiện tại khi đốt nóng bức xạ. Thiết lập thử nghiệm, tương tự như một hệ thống tạo nhiệt định hình, được chế tạo với bộ gia nhiệt gốm được trang bị bộ điều khiển nhiệt độ, cặp nhiệt điện được kết nối với nhiệt kế và mẫu in 3D. Chúng tôi sử dụng nhiệt kế FLUKE 566 với độ chính xác ± 1 ° C để đọc các nhiệt độ đo được trong khoảng thời gian 5 phút. Theo cách này, các đặc tính hấp thụ nhiệt của mẫu có thể được đánh giá bằng cách sử dụng sự thay đổi nhiệt độ đo được.
Cần lưu ý rằng đặc tính hấp thụ nhiệt của các bộ phận bằng nhựa phụ thuộc nhiều vào bước sóng (Zhang và Chou, 2006 [73]). Bước sóng phát xạ của lò sưởi tấm gốm hồng ngoại xa được sử dụng trong nghiờn cứu này nằm trong khoảng 2-20 àm theo thụng tin của nhà sản xuất. Bước sóng của bức xạ nhiệt ảnh hưởng đến sự hấp thụ thể tích thông qua độ sâu xuyên thấu quang và cường độ của bức xạ nhiệt, có thể được đặc trưng về mặt toán học bằng định luật Bouguer Beer Lambert (Puehringer và cộng sự, 2013) [74].
Bảng 3 liệt kê tất cả các tham số thực nghiệm được xem xét trong nghiên cứu này, cùng với ba mức điều kiện cho mỗi tham số. Theo cách này, một cuộc điều tra dựa trên DOE đã được thực hiện một cách có hệ thống. Để đưa các yếu tố hai cấp A (xử lý hóa học) và B (phủ nhôm) vào bảng chuỗi ba cấp, một phương pháp xử lý giả đã được sử dụng để chạy một trong hai cấp thực tế hai lần (Taguchi và cộng sự, 2007) [ 75]. Ba mức của điều kiện xử lý C (khoảng cách) được chọn dựa trên việc xem xét thiết lập sưởi ấm hiện tại. Có thể lưu ý rằng ba mức của thông số D (nhiệt độ) được đặt từ các phạm vi được khuyến nghị cho nhiệt độ tạo nhiệt điển hình của tấm PET. Từ tổng số các tham số đã chọn và mức của chúng, một mảng trực giao L9 (34) đã được chọn. Do đó, chín mẫu được yêu cầu cho các thí nghiệm gia nhiệt.
77 Bảng 3. Các thông số và điều kiện chi tiết cho DOE cho thí nghiệm
Ký
hiệu Thông số Mức
1 2 3
A Xử lý hóa học (-) Không Có Có
B Phủ nhôm (-) Không Có Có
C Khoảng cách (mm) 30 40 50
D Nhiệt độ (°C) 150 165 180
Để nghiên cứu sâu hơn những đóng góp của các thông số thực nghiệm liên quan, phương pháp ANOVA (Taguchi và cộng sự [2]) đã được thực hiện như được trình bày trong Bảng 4. Như trong phân tích tỷ lệ S / N, lớp phủ nhôm được coi là thông số quan trọng nhất đối với đặc tính hấp thụ nhiệt. Phương pháp ANOVA cho thấy ba thông số về lớp phủ nhôm, khoảng cách và nhiệt độ gia nhiệt có giá trị F lớn hơn F (0,05, x, 3), do đó cho thấy rằng chỉ những thông số này mới có ý nghĩa thống kê.
Từ ANOVA, lớp phủ nhôm có thể làm giảm đáng kể sự hấp thụ nhiệt của bức xạ nhiệt.
Bởi vì hệ số phản xạ của lớp nhôm mỏng cao hơn đáng kể so với bề mặt ABS nguyên sinh, năng lượng nhiệt bức xạ không thể xâm nhập vào vùng bên trong của mẫu vật được phủ nhôm. Khả năng dẫn nhiệt cao của lớp nhôm mỏng được tráng cũng giúp phân phối nhiệt hấp thụ qua lớp nhôm, do đó nâng cao hiệu quả làm mát qua lớp kim loại được phủ.
Hơn nữa, cả khoảng cách từ bộ gia nhiệt đến mẫu vật và nhiệt độ bộ gia nhiệt đều cho thấy những ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp thụ nhiệt của phần FDM. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng ảnh hưởng của khoảng cách giữa lò sưởi đến mẫu vật bị giảm đi do mất nhiệt đáng kể ra môi trường xung quanh khi áp dụng khoảng cách xa hơn.
Ngược lại, hiệu ứng tăng cường có thể được dự đoán khi nhiệt độ lò sưởi cao hơn được đặt, dẫn đến cường độ bức xạ và độ sâu xuyên thấu lớn hơn (Puehringer và cộng sự, 2013) [74]. Việc xử lý hóa học không ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính hấp thụ nhiệt trong phân tích hiện tại, trong khi chất lượng bề mặt được cải thiện đáng kể.
Bảng 4. Kết quả ANOVA Thông
số S f V F F(0.05,x,3) P% Xếp
loại A 1.653E-06 1 1.653E-
06
1.987E-
05 18.513 3.32E-06
B 38.938 1 38.938 468.199 18.513 78.27 1
C 5.724 2 2.862 34.413 19.000 11.51
D 4.922 2 2.461 29.593 19.000 9.89
Lỗi 0.166 2 0.083
Tổng 49.750 8