Чи потрібна обробка для зняття напруги після друку форми?

一 Спосіб формування залишкового стресу та ризики, які він може становити
1. Різновид походження стресу
Є три основні типи змінних, які спричиняють залишковий натяг під час процесу друку форми:
Різні параметри процесу: якщо потужність лазера, швидкість сканування та товщина шару встановлені неправильно, швидкість усадки між шарами може відрізнятися, що може спричинити напругу зсуву між шарами. Наприклад, під час 3D-друку фото-твердої кераміки зміни товщини шару (50–100 мкм) і недостатній вплив ультрафіолетового випромінювання можуть спричинити накопичення напруги між шарами, що може призвести до руйнування невідпалених каркасів з діоксиду цирконію зі швидкістю до 18%.
Обмеження властивостей матеріалу: під час друку з плавленням металевого порошку (PBF) швидке охолодження спричиняє нерівномірне подрібнення зерна, дислокації високої-щільності в певних місцях і мікронапруги. Наприклад, залишкова напруга в необробленій сталевій формі H13, надрукованій на 3D-друкі, може становити від 30% до 50% межі текучості матеріалу.
Видалення опорних структур і полірування поверхонь є прикладами завдань після-обробки, які можуть створити додаткові механічні навантаження. Наприклад, якщо форма не знята-напруження після механічної обробки, деформація загарту може зрости на 40–60%.
2. Стрес може бути небезпечним різними способами
Якщо із залишковим стресом не боротися належним чином, це призведе до таких проблем:
Нестабільність розмірів: коли напруга зникає, форма деформується та змінює форму з відхиленням точності понад ± 80 мкм, що набагато гірше, ніж критерії для медичних форм (± 50 мкм).
Погіршення продуктивності: у місцях високого навантаження можуть утворюватися мікротріщини, що знижує втомну міцність і стійкість до ударів. Наприклад, якщо 3D-електронну підкладку з оксиду алюмінію не відпалити, металеве покриття зніметься зі швидкістю 12%, а опір ізоляції зміниться на ± 15%.
Знищення терміну служби: суперпозиція напруг прискорює поширення втомних тріщин, коли навантаження є циклічним, скорочуючи термін служби форми на 50%-70%. Наприклад, після 100 000 циклів навантаження швидкість поширення тріщин у невідпаленій 3D-друкованій сталі втричі швидше, ніж у відпалених деталях.
2, Потреба в знятті стресу: доказ від теорії до практики
1. Теоретична основа: зв'язок між зняттям стресу та кращою продуктивністю
Термодинамічні або механічні операції використовуються в обробці зняття напруги, щоб переміщувати атоми всередині матеріалу, зменшувати щільність дислокації та позбутися напруги. Найголовніше в цьому:
Відновлення мікроструктури: процес відпалу може закрити мікротріщини (довжина<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.
Покращення стабільності розмірів: невелика пластична деформація (зазвичай менше 0,5%), яка відбувається під час зняття напруги, може запобігти раптовому викривленню, коли виріб знову використовується. Наприклад, точність розмірів цирконієвих зубних імплантатів зросла з ± 80 мкм до ± 30 мкм після відпалу, що відповідає медичному стандарту ISO 13356.
Покращення продуктивності обробки означає зниження твердості поверхні та залишкової напруги на розтяг, а також зменшення вібрації та зносу інструменту протягом усього процесу різання. Наприклад, після шліфування штампова сталь знімається-при температурі 260–315 градусів, що знижує поверхневу напругу на 40–65% і подвоює термін служби інструменту.
2. Реальний-приклад: успішна модель для використання в бізнесі
Медична компанія виготовляє імплантати з діоксиду цирконію, надруковані на 3D-вимірі, використовуючи техніку «УФ-затвердіння → знежирення → спікання → відпал (ізоляція 1150 градусів протягом 3 годин, нагрівання 5 градусів/год, охолодження 5 градусів/год)» у галузі керамічних форм. Швидкість розтріскування знизилася з 18% до 3%, стійкість до втоми зросла на 25%, а швидкість проходження партії зросла з 75% до 96%.
Електронна компанія виготовила 3D-друковані електронні підкладки з оксиду алюмінію в області металевих форм шляхом «спікання з наступним відпалом (витримування при 1300 градусах протягом 4 годин, нагрівання при 10 градусах /год і охолодження при 10 градусах /год)». Швидкість відшарування металевого покриття знизилася до 2%, а варіація опору ізоляції була знижена до ± 5%, що відповідало високим стандартам стабільності.
Форма зі складною структурою: для деталей, які не є регулярними, таких пористих опор, застосовуються такі процедури, як поступове нагрівання (ізоляція 600 градусів протягом 1 години, ізоляція 750 градусів протягом 2 годин) і градієнтне охолодження (5–10 градусів / год), щоб отримати рівномірне звільнення від напруги та зупинити розтріскування від локального перегріву.
3. Вибір методу та оптимізація параметрів є частиною процесу лікування стресу.
1. Метод термічної обробки: точне управління первинними процесами
Відпал для зняття стресу: нагрійте форму до температури нижче Ac ₁ (наприклад, 500–650 градусів) і залиште її на 2–4 години. Потім дайте йому повільно охолонути. Він працює зі сталевими формами, прес-формами з алюмінієвих сплавів тощо, і може позбутися понад 80% залишкового натягу.
Обробка часу: заохочуйте природне зняття напруги шляхом природного старіння (зберігання при кімнатній температурі) або штучного старіння (ізоляція на 100–200 градусів), що найкраще підходить для оптичних форм, які потребують дуже високої точності.
Покращення процесу відпалу: змініть температурну криву залежно від якості матеріалу. Наприклад, температуру процесу відпалу для форм із діоксиду цирконію потрібно підтримувати між 1100 і 1200 градусами (нижче, ніж температура спікання 300-400 градусів). Швидкість нагрівання повинна становити 5-10 град./год (для тонкостінних деталей - знижена до 3 град./год), час ізоляції - 2-3 години.
Старіння через вібрацію: добре підходить для великих форм або ситуацій, коли нагрівання неможливе, оскільки для зняття внутрішньої напруги матеріалу використовується механічна вібрація (15–100 Гц). Наприклад, певна компанія, яка виробляє прес-форми для автомобілів, зменшує деформацію форми на 60% після застосування вібраційної терапії.
Обробка за допомогою дробеструйної обробки: вплив на поверхню високо-швидкісних частинок металу створює шар напруги при стисненні (глибина 0,1–0,5 мм), що подовжує її термін служби. Підходить для прес-форм, поверхня яких має зосереджене навантаження, зокрема форм-для лиття під тиском і форм для кування.
3. Комплексний процес: підвищення ефективності шляхом спільної роботи з різними технологіями
Термообробка та механічна обробка: спочатку використовуйте відпал, щоб позбутися всіх навантажень, а потім використовуйте дробеструйну обробку, щоб зробити поверхню міцнішою. Наприклад, певна фірма, що виготовляла авіаційні прес-форми, використовувала процедуру «відпалу (ізоляція 650 градусів протягом 2 годин) + дробеструйна обробка (частинки Al2O3, тиск 0,3 МПа)», завдяки чому форма виживала втричі довше.
Інтелектуальна технологія відпалу: система штучного інтелекту регулює температурну криву в режимі реального часу, щоб подолати проблему нерівномірного відпалу форм зі складною конструкцією. Наприклад, певна дослідницька група розробила інтелектуальний метод відпалу, який може підвищити швидкість зменшення напруги нерівних деталей з 70% до 92%.