Czy po drukowaniu z formy konieczna jest obróbka odprężająca?

一, Sposób powstawania stresu szczątkowego i ryzyko, jakie może stwarzać
1. Różnorodność źródeł stresu
Istnieją trzy podstawowe typy zmiennych, które powodują napięcie szczątkowe podczas procesu drukowania na formie:
Różne parametry procesu: Jeśli moc lasera, prędkość skanowania i grubość warstwy nie zostaną ustawione prawidłowo, szybkości skurczu pomiędzy warstwami mogą być różne, co może powodować naprężenia ścinające między warstwami. Na przykład podczas drukowania 3D fotoutwardzalnej-ceramiki zmiany grubości warstwy (50–100 μm) i niewystarczająca ekspozycja na promieniowanie UV mogą powodować narastanie naprężeń międzywarstwowych, co może powodować pękanie niewyżarzonych rusztowań z tlenku cyrkonu z szybkością do 18%.
Ograniczenia właściwości materiału: podczas drukowania przy użyciu topienia proszku metalu (PBF) szybkie chłodzenie powoduje nierównomierne rozdrobnienie ziaren,-przemieszczenia o dużej gęstości w niektórych miejscach i mikronaprężenia. Na przykład naprężenie szczątkowe w nieobrobionej stali formierskiej H13, która została wydrukowana w 3D, może wynosić nawet od 30% do 50% granicy plastyczności materiału.
Usuwanie konstrukcji wsporczych i polerowanie powierzchni to przykłady-zadań związanych z obróbką końcową, które mogą powodować dodatkowe obciążenia mechaniczne. Na przykład, jeśli forma nie zostanie-odprężona po obróbce mechanicznej, odkształcenie po hartowaniu może wzrosnąć od 40% do 60%.
2. Stres może być niebezpieczny na wiele sposobów
Jeśli stres resztkowy nie zostanie odpowiednio rozwiązany, doprowadzi to do następujących problemów:
Niestabilność wymiarowa: Po uwolnieniu naprężenia forma wypacza się i zmienia kształt, z odchyleniem dokładności większym niż ± 80 μm, czyli znacznie gorszym niż kryteria dla form klasy medycznej (± 50 μm).
Pogorszenie wydajności: Mikropęknięcia mogą tworzyć się w miejscach narażonych na duże naprężenia, co obniża wytrzymałość zmęczeniową i odporność na uderzenia. Na przykład, jeśli drukowane w 3D-elektroniczne podłoże z tlenku glinu nie zostanie wyżarzone, powłoka metaliczna odpadnie w tempie 12%, a rezystancja izolacji zmieni się o ± 15%.
Zanik trwałości: Superpozycja naprężeń przyspiesza rozprzestrzenianie się pęknięć zmęczeniowych, gdy obciążenie ma charakter cykliczny, skracając żywotność formy o 50% do 70%. Na przykład po 100 000 cykli obciążenia szybkość propagacji pęknięć w niewyżarzonej stali formierskiej drukowanej w 3D jest trzy razy większa niż w przypadku części wyżarzonych.
2. Potrzeba odprężenia: dowód od teorii do praktyki
1. Podstawy teoretyczne: Związek między odprężeniem a lepszą wydajnością
W obróbce odprężającej stosuje się operacje termodynamiczne lub mechaniczne, aby przemieszczać atomy wewnątrz materiału, zmniejszać gęstość dyslokacji i pozbyć się naprężeń. Najważniejsze w tym jest to, że:
Naprawa mikrostruktury: Proces wyżarzania może zamknąć mikropęknięcia (długość<50 μm) that form during sintering, which makes the material 2% to 3% denser. For instance, after annealing at 1150 °C, the microcrack closure rate of 3D printed zirconia parts goes from 90% to 420MPa, and the bending strength goes from 350MPa to 420MPa.
Poprawa stabilności wymiarowej: Niewielka ilość odkształcenia plastycznego (zwykle mniej niż 0,5%), która ma miejsce po uwolnieniu naprężenia, może zapobiec wystąpieniu nagłego odkształcenia, gdy przedmiot zostanie ponownie użyty. Na przykład dokładność wymiarowa implantów dentystycznych z tlenku cyrkonu wzrosła z ± 80 μm do ± 30 μm po wyżarzeniu, co jest zgodne z normą medyczną ISO 13356.
Poprawa wydajności obróbki oznacza obniżenie twardości powierzchni i szczątkowych naprężeń rozciągających, a także zmniejszenie wibracji i zużycia narzędzi w całym procesie skrawania. Na przykład po szlifowaniu stal matrycowa-jest odprężana pod kątem 260–315 stopni, co zmniejsza naprężenia powierzchniowe o 40–65% i podwaja trwałość narzędzia.
2. Przykład-z realnego świata: udany model do zastosowania w biznesie
Firma medyczna produkuje implanty cyrkonowe-drukowane w 3D, stosując technikę „formowanie utwardzane promieniami UV → odtłuszczanie → spiekanie → wyżarzanie (izolacja 1150 stopni przez 3 godziny, nagrzewanie do 5 stopni/h, schładzanie do 5 stopni/h)” w dziedzinie form ceramicznych. Szybkość pękania spadła z 18% do 3%, odporność zmęczeniowa wzrosła o 25%, a współczynnik przepuszczalności partii wzrósł z 75% do 96%.
Firma elektroniczna wykonała drukowane w 3D podłoża elektroniczne z tlenku glinu do form metalowych poprzez „spiekanie, a następnie wyżarzanie (utrzymywanie w temperaturze 1300 stopni przez 4 godziny, ogrzewanie przy 10 stopniach na godzinę i chłodzenie przy 10 stopniach na godzinę). Szybkość odrywania powłoki metalicznej spadła do 2%, a zmienność rezystancji izolacji została obniżona do ± 5%, co spełniło wysokie standardy stabilności.
Forma o skomplikowanej strukturze: w przypadku części, które nie są regularne, takich jak porowate podłoża, stosuje się procedury takie jak stopniowe ogrzewanie (izolacja 600 stopni przez 1 godzinę, izolacja 750 stopni przez 2 godziny) i chłodzenie gradientowe (5–10 stopni/h), aby uzyskać równomierne uwolnienie naprężeń i zapobiec pękaniu w wyniku lokalnego przegrzania.
3. Wybór metody i optymalizacja parametrów są częścią procesu leczenia stresem.
1. Metoda obróbki cieplnej: precyzyjne zarządzanie procesami pierwotnymi
Wyżarzanie w celu złagodzenia naprężeń: Podgrzej formę do temperatury poniżej Ac ₁ (na przykład 500–650 stopni) i trzymaj ją tam przez 2–4 godziny. Następnie pozwól mu powoli ostygnąć. Współpracuje z formami stalowymi, formami ze stopów aluminium i nie tylko, i może pozbyć się ponad 80% naprężenia szczątkowego.
Leczenie czasu: Zachęcaj do naturalnego uwalniania naprężeń poprzez naturalne starzenie (przechowywanie w temperaturze pokojowej) lub sztuczne starzenie (izolacja 100–200 stopni), co jest najlepsze w przypadku form optycznych wymagających bardzo dużej precyzji.
Poprawa procesu wyżarzania: Zmień krzywą temperatury w zależności od właściwości materiału. Na przykład temperatura procesu wyżarzania form tlenku cyrkonu musi być utrzymywana w przedziale od 1100 do 1200 stopni (niższa niż temperatura spiekania wynosząca 300-400 stopni). Szybkość nagrzewania powinna wynosić 5-10 stopni/h (w przypadku części cienkościennych należy ją obniżyć do 3 stopni/h), a czas izolacji powinien wynosić 2-3 godziny.
Starzenie się poprzez wibracje: Jest to dobre rozwiązanie w przypadku dużych form lub sytuacji, w których ogrzewanie nie jest możliwe, ponieważ wykorzystuje wibracje mechaniczne (15–100 Hz) w celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych materiału. Na przykład pewna firma produkująca formy samochodowe po zastosowaniu terapii wibracyjnej zmniejsza odkształcenie formy o 60%.
Obróbka za pomocą śrutowania: uderzenie w powierzchnię-cząstek metalu o dużej prędkości powoduje utworzenie warstwy naprężeń ściskających (o głębokości 0,1–0,5 mm), która zwiększa jej trwałość. Nadaje się do form, których powierzchnie skupiają naprężenia, w tym form-do odlewania ciśnieniowego i form do kucia.
3. Proces złożony: poprawa wydajności poprzez współpracę z planem różnych technologii
Obróbka cieplna i obróbka mechaniczna: Najpierw zastosuj wyżarzanie, aby pozbyć się wszelkich naprężeń, a następnie użyj śrutowania, aby wzmocnić powierzchnię. Na przykład pewna firma zajmująca się formami lotniczymi zastosowała procedurę „wyżarzania (izolacja 650 stopni przez 2 godziny) + śrutowanie (cząstki Al2O3, ciśnienie 0,3 MPa)”, dzięki czemu forma przetrwała trzykrotnie dłużej.
Inteligentna technologia wyżarzania: system AI dostosowuje krzywą temperatury w czasie rzeczywistym, aby przezwyciężyć problem nierównomiernego wyżarzania skomplikowanych form konstrukcyjnych. Na przykład pewien zespół badawczy opracował inteligentną metodę wyżarzania, która może zwiększyć współczynnik łagodzenia naprężeń w nieregularnych częściach z 70% do 92%.