Development of warm isostatic pressing (WIP) process to improve the interlayer bonding force of additive manufactured plastic parts

Abstract

Material extrusion (MEX) is the simplest and most universal additive manufacturing technology (AM) to fabricate 3D models mainly using thermoplastic filament materials. With the development of MEX technology and cost-effectiveness, MEX is the most general AM method. However, inherently, MEX parts have highly anisotropy depending on various process parameters such as raster angle and build orientation. In addition, the low interlayer bonding force causes voids in the microstructure, which lowers the coalescence of MEX parts. Since these vulnerabilities deteriorate the quality of MEX parts, MEX parts are not used as actual industrial parts. Therefore, in order to broaden the scope of application of the MEX parts, it is necessary to reduce the anisotropic properties and the appearance of voids. In this study, the authors investigated the effectiveness of a warm isostatic pressure (WIP) process to reduce the void. Through the increase of mechanical properties, reduction of anisotropy and voids, it can be concluded that the WIP process can be helpful to reduce anisotropy and to improve the ductility and interlayer bonding force. |MEX (Material Extrusion) 방식은 주로 열가소성 필라멘트 재료를 사용하여 3D 모델을 제작하는 단순한 방식의 적층제조 (AM) 기술이다. 기술의 발전과 경제성으로 인해, ME는 현재 가장 보편적인 AM 방식으로 사용되어지고 있다. 그러나, 본질적으로 MEX 부품은 래스터 각도 (raster angle) 및 빌드 방향 (build orientation)과 같은 다양한 공정 매개변수에 따라 높은 이방성을 갖는다. 또한 낮은 층간 결합력으로 인해 미세 구조에 기공 (void)이 존재하며, 이러한 기공의 존재로 인해 MEX 부품의 유착이 낮아지게 된다. 이러한 취약점은 MEX 부품의 품질을 저하시키기 때문에, MEX 부품은 실제 산업용 부품으로 사용되지 않거나 다양한 분야에서의 사용이 제한되고 있다. 따라서 MEX 부품의 적용 범위를 넓히기 위해서는, 이방성 특성과 Void 발생을 줄이는 것이 필요하다. 이 연구에서 저자는 공극과 이방성을 감소시키기 위해 WIP (warm isostatic pressing) 공정의 효과를 조사했다. 기계적 성질의 증가, 이방성 및 공극의 감소를 통해 WIP 공정이 이방성을 줄이고 인성과 층간 결합력을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다는 결론을 내릴 수 있었다.