Je po tlači formy potrebné ošetrenie na zmiernenie stresu?

一, Spôsob vzniku zvyškového stresu a riziká, ktoré môže predstavovať
1. Rozmanitosť pôvodu stresu
Existujú tri základné typy premenných, ktoré spôsobujú zvyškové napätie počas procesu tlače formy:
Rôzne parametre procesu: Ak nie je správne nastavený výkon lasera, rýchlosť skenovania a hrúbka vrstvy, rýchlosti zmršťovania medzi vrstvami môžu byť rôzne, čo môže spôsobiť šmykové napätie medzi vrstvami. Napríklad pri 3D tlači foto-vytvrdenej keramiky môžu zmeny hrúbky vrstvy (50 – 100 μm) a nedostatočné vystavenie UV žiareniu spôsobiť nahromadenie medzivrstvového napätia, ktoré môže spôsobiť rozbitie nežíhaných zirkónových lešení rýchlosťou až 18 %.
Obmedzenia vlastností materiálu: Pri tlači pomocou roztavenia kovového prášku (PBF) spôsobuje rýchle ochladzovanie nerovnomerné zjemnenie zrna, dislokácie s vysokou{0}}hustotou na určitých miestach a mikropnutia. Napríklad zvyškové napätie v neupravenej formovacej oceli H13, ktorá bola vytlačená 3D, môže dosahovať až 30 % až 50 % medze klzu materiálu.
Odstránenie podporných štruktúr a leštenie povrchov sú príkladmi úloh po{0}}spracovaní, ktoré môžu spôsobiť ďalšie mechanické namáhanie. Ak sa napríklad forma po mechanickom spracovaní-nezbaví napätia, deformácia kalením sa môže zvýšiť o 40 % až 60 %.
2. Stres môže byť nebezpečný v mnohých smeroch
Ak sa so zvyškovým stresom nebude správne zaobchádzať, povedie to k nasledujúcim problémom:
Rozmerová nestabilita: Keď sa napätie uvoľní, forma sa deformuje a mení tvar s odchýlkou ​​presnosti viac ako ± 80 μm, čo je oveľa horšie ako kritériá pre formy lekárskej kvality (± 50 μm).
Zhoršenie výkonu: Na miestach s vysokým namáhaním sa pravdepodobne tvoria mikrotrhliny, čo znižuje únavovú pevnosť a odolnosť proti nárazu. Napríklad, ak 3D-tlačený elektronický substrát z oxidu hlinitého nie je žíhaný, kovový povlak sa odlupuje rýchlosťou 12 % a izolačný odpor sa zmení o ± 15 %.
Úpadok životnosti: Superpozícia napätia urýchľuje šírenie únavových trhlín pri cyklickom zaťažení, čím sa životnosť formy skracuje o 50 % až 70 %. Napríklad po 100 000 cykloch zaťažovania je rýchlosť šírenia trhlín nežíhanej 3D tlačenej ocele na formy trikrát rýchlejšia ako u žíhaných dielov.
2, Potreba odbúrania stresu: dôkaz z teórie do praxe
1. Teoretický základ: Súvislosť medzi úľavou od stresu a lepším výkonom
Termodynamické alebo mechanické operácie sa používajú pri odstraňovaní napätia na pohyb atómov vo vnútri materiálu, zníženie hustoty dislokácií a zbavenie sa stresu. Najdôležitejšie na tom je:
Oprava mikroštruktúry: Proces žíhania môže uzavrieť mikrotrhliny (dĺžka<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.
Zlepšenie rozmerovej stability: Mierna miera plastickej deformácie (zvyčajne menej ako 0,5 %), ku ktorej dochádza pri uvoľnení napätia, môže zabrániť náhlemu skresleniu pri opätovnom použití položky. Napríklad rozmerová presnosť zirkónových zubných implantátov sa po žíhaní zvýšila z ± 80 μm na ± 30 μm, čo je v súlade s lekárskym štandardom ISO 13356.
Zlepšenie výkonu pri obrábaní znamená zníženie tvrdosti povrchu a zvyškového ťahového napätia, ako aj zníženie vibrácií a opotrebovania nástroja počas procesu rezania. Napríklad po brúsení sa z lisovacej ocele -uvoľní napätie pri 260 – 315 stupňoch, čo znižuje povrchové napätie o 40 % až 65 % a zdvojnásobuje životnosť nástroja.
2. Príklad zo skutočného-sveta: úspešný model na použitie v podnikaní
Lekárska spoločnosť vyrába 3D-vytlačené zirkónové implantáty pomocou techniky „tvarovanie UV vytvrdzovaním → odmasťovanie → spekanie → žíhanie (izolácia 1150 stupňov po dobu 3 hodín, zahrievanie 5 stupňov/h, ochladzovanie 5 stupňov/h)“ v oblasti keramických foriem. Rýchlosť praskania klesla z 18 % na 3 %, odolnosť proti únave sa zvýšila o 25 % a rýchlosť vsádzky sa zvýšila zo 75 % na 96 %.
Elektronická spoločnosť vyrobila 3D tlačené elektronické substráty z oxidu hlinitého v oblasti kovových foriem „spekaním a následným žíhaním (udržiavanie pri 1300 stupňoch počas 4 hodín, zahrievanie pri 10 stupňoch/h a chladenie pri 10 stupňoch/h).“ Rýchlosť oddeľovania kovového povlaku bola znížená na 2 % a odchýlka izolačného odporu bola znížená na ± 5 %, čo spĺňalo vysoké štandardy stability.
Forma s komplikovanou štruktúrou: Pre časti, ktoré nie sú pravidelné, také porézne podpery, sa používajú postupy ako postupné zahrievanie (600 stupňov izolácia na 1 hodinu, 750 stupňová izolácia na 2 hodiny) a gradientové chladenie (5 – 10 stupňov/h), aby sa dosiahlo rovnomerné uvoľnenie napätia a zastavenie praskania v dôsledku lokálneho prehriatia.
3, Výber metódy a optimalizácia parametrov sú súčasťou procesu spracovania stresu.
1. Metóda tepelného spracovania: presné riadenie primárnych procesov
Žíhanie na zmiernenie stresu: Zahrejte formu pod Ac₁ (napríklad 500 – 650 stupňov) a nechajte ju tam 2 – 4 hodiny. Potom necháme pomaly vychladnúť. Pracuje s oceľovými formami, formami z hliníkových zliatin a ďalšími a dokáže sa zbaviť viac ako 80% zvyškového napätia.
Ošetrenie času: Podporte prirodzené uvoľnenie stresu prirodzeným starnutím (skladovanie pri izbovej teplote) alebo umelým starnutím (100–200 stupňová izolácia), čo je najlepšie pre optické formy, ktoré vyžadujú veľmi vysokú presnosť.
Zlepšenie procesu žíhania: Zmeňte teplotnú krivku na základe vlastností materiálu. Napríklad teplota procesu žíhania pre formy z oxidu zirkoničitého sa musí udržiavať medzi 1100 a 1200 stupňami (nižšia ako teplota spekania 300-400 stupňov ). Rýchlosť ohrevu by mala byť 5-10 stupňov/h (pre tenkostenné diely by sa mala znížiť na 3 stupne/h) a doba izolácie by mala byť 2-3 hodiny.
Starnutie v dôsledku vibrácií: Je dobré pre veľké formy alebo situácie, kde ohrev nie je možný, pretože využíva mechanické vibrácie (15–100 Hz) na zmiernenie vnútorného napätia materiálu. Napríklad istá spoločnosť, ktorá vyrába formy pre autá, znížila deformáciu formy o 60 % po použití terapie starnutia vibráciami.
Ošetrenie brokovaním: Zasiahnutím povrchu vysokorýchlostnými{0} kovovými časticami sa vytvorí vrstva tlakového napätia (hĺbka 0,1 – 0,5 mm), vďaka ktorej vydrží dlhšie. Vhodné pre formy, ktoré majú na svojom povrchu koncentrované napätie, vrátane foriem na-odlievanie pod tlakom a kovacích foriem.
3. Zložený proces: Zlepšenie efektivity spoluprácou s rôznymi technologickými plánmi
Tepelné spracovanie a mechanické spracovanie: Najprv použite žíhanie, aby ste sa zbavili všetkého napätia, a potom použite brokovanie, aby bol povrch pevnejší. Napríklad istá letecká firma na výrobu foriem použila postup „žíhanie (650 stupňová izolácia počas 2 hodín) + tryskanie (častice Al2O3, tlak 0,3 MPa)“, vďaka čomu forma prežila trikrát dlhšie.
Inteligentná technológia žíhania: Systém AI upravuje teplotnú krivku v reálnom čase, aby sa prekonal problém nerovnomerného žíhania komplikovaných konštrukčných foriem. Napríklad, istý študijný tím vytvoril inteligentnú metódu žíhania, ktorá dokáže zvýšiť mieru zmiernenia napätia nepravidelných častí zo 70 % na 92 ​​%.