Ali je po tiskanju kalupov potrebna obdelava za lajšanje napetosti?

一 Način nastajanja preostalega stresa in tveganja, ki jih lahko predstavlja
1. Raznolikost izvora stresa
Obstajajo tri osnovne vrste spremenljivk, ki povzročajo preostalo napetost med postopkom tiskanja kalupa:
Različni procesni parametri: Če moč laserja, hitrost skeniranja in debelina plasti niso pravilno nastavljeni, so lahko stopnje krčenja med plastmi različne, kar lahko povzroči strižno napetost med plastmi. Na primer, pri 3D-tiskanju foto-sušene keramike lahko spremembe v debelini plasti (50–100 μm) in premajhna izpostavljenost UV-žarkom povzročijo nastanek napetosti v vmesnem sloju, kar lahko povzroči, da se nežarjeni cirkonijevi ogrodja razbijejo s hitrostjo do 18 %.
Omejitve lastnosti materiala: pri tiskanju s taljenjem kovinskega prahu (PBF) hitro ohlajanje povzroči neenakomerno prečiščenost zrn, dislokacije visoke-gostote na določenih mestih in mikro napetosti. Na primer, preostala napetost v neobdelanem kalupnem jeklu H13, ki je bilo 3D-natisnjeno, lahko znaša kar 30 % do 50 % meje tečenja materiala.
Odstranjevanje podpornih struktur in poliranje površin sta primera opravil naknadne-obdelave, ki lahko povzročijo dodatne mehanske obremenitve. Na primer, če kalup po mehanski obdelavi-ne razbremeni, se lahko deformacija pri kaljenju poveča za 40 % do 60 %.
2. Stres je lahko nevaren na več načinov
Če preostalega stresa ne odpravite pravilno, bo to povzročilo naslednje težave:
Dimenzijska nestabilnost: Ko se napetost sprosti, se kalup zvije in spremeni obliko, z odstopanjem natančnosti več kot ± 80 μm, kar je veliko slabše od meril za medicinske kalupe (± 50 μm).
Poslabšanje zmogljivosti: na mestih visoke obremenitve se verjetno pojavijo mikrorazpoke, kar zmanjša odpornost proti utrujenosti in odpornost na udarce. Na primer, če 3D-natisnjena elektronska podlaga iz aluminijevega oksida ni žarjena, kovinska prevleka odpade s hitrostjo 12 % in izolacijska upornost se spremeni za ± 15 %.
Razpad življenjske dobe: superpozicija napetosti pospeši širjenje razpok zaradi utrujenosti, ko je obremenitev ciklična, kar skrajša življenjsko dobo kalupa za 50 % do 70 %. Na primer, po 100.000 ciklih obremenitve je stopnja širjenja razpok nežarjenega 3D-natisnjenega kalupnega jekla trikrat hitrejša kot pri žarjenih delih.
2, Potreba po razbremenitvi stresa: dokaz od teorije do prakse
1. Teoretične osnove: Povezava med razbremenitvijo stresa in boljšim delovanjem
Termodinamične ali mehanske operacije se uporabljajo pri zdravljenju razbremenitve napetosti za premikanje atomov po notranjosti materiala, zmanjšanje gostote dislokacij in znebitev napetosti. Najpomembnejše pri tem je:
Popravljanje mikrostrukture: Postopek žarjenja lahko zapre mikrorazpoke (dolžina<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.
Izboljšanje dimenzijske stabilnosti: skromna količina plastične deformacije (običajno manj kot 0,5 %), ki se zgodi, ko se napetost sprosti, lahko prepreči nenadno popačenje, ko se predmet ponovno uporabi. Na primer, dimenzijska natančnost cirkonijevih zobnih vsadkov se je po žarjenju povečala z ± 80 μm na ± 30 μm, kar je v skladu z medicinskim standardom ISO 13356.
Izboljšanje zmogljivosti obdelave pomeni znižanje površinske trdote in preostale natezne napetosti ter zmanjšanje vibracij in obrabe orodja med postopkom rezanja. Na primer, po brušenju je jeklo za rez -razbremenjeno pri 260–315 stopinjah, kar zniža površinsko napetost za 40 % do 65 % in podvoji življenjsko dobo orodja.
2. Primer-resničnega sveta: uspešen model za uporabo v poslu
Medicinsko podjetje izdeluje 3D-tiskane vsadke iz cirkonijevega dioksida z uporabo tehnike "UV strjevanje → razmaščevanje → sintranje → žarjenje (izolacija 1150 stopinj za 3 ure, segrevanje 5 stopinj/h, ohlajanje 5 stopinj/h)" na področju keramičnih kalupov. Stopnja razpok se je znižala z 18 % na 3 %, odpornost proti utrujenosti se je povečala za 25 %, stopnja prehoda serije pa se je povečala s 75 % na 96 %.
Elektronsko podjetje je izdelalo 3D-natisnjene elektronske substrate iz aluminijevega oksida na področju kovinskih kalupov s "sintranjem, ki mu je sledilo žarjenje (zadrževanje pri 1300 stopinjah 4 ure, segrevanje pri 10 stopinjah /h in hlajenje pri 10 stopinjah /h)." Stopnja ločevanja kovinske prevleke je bila znižana na 2 %, nihanje izolacijskega upora pa na ± 5 %, kar je izpolnjevalo visoke standarde stabilnosti.
Kalup z zapleteno strukturo: Za dele, ki niso običajni, se uporabljajo takšni porozni nosilci, postopki, kot je postopno segrevanje (600 stopinj izolacije za 1 uro, 750 stopinj izolacije za 2 uri) in gradientno hlajenje (5–10 stopinj /h), da se doseže enakomerna sprostitev napetosti in prepreči razpokanje zaradi lokalnega pregrevanja.
3. Izbira metode in optimizacija parametrov sta del procesa zdravljenja stresa.
1. Metoda toplotne obdelave: natančno vodenje primarnih procesov
Žarjenje za lajšanje stresa: Kalup segrejte pod Ac ₁ (na primer 500–650 stopinj) in ga pustite tam 2–4 ure. Nato naj se počasi ohladi. Deluje z jeklenimi kalupi, kalupi iz aluminijevih zlitin in še več, znebi pa se lahko več kot 80 % preostale napetosti.
Obdelava časa: Spodbujajte naravno sproščanje napetosti z naravnim staranjem (shranjevanje pri sobni temperaturi) ali umetnim staranjem (izolacija 100–200 stopinj), kar je najboljše za optične kalupe, ki potrebujejo zelo visoko natančnost.
Izboljšanje postopka žarjenja: spremenite temperaturno krivuljo glede na kakovost materiala. Na primer, temperaturo postopka žarjenja za kalupe iz cirkonijevega dioksida je treba vzdrževati med 1100 in 1200 stopinjami (nižjo od temperature sintranja 300-400 stopinj). Hitrost segrevanja naj bo 5-10 stopinj/h (pri tankostenskih delih znižana na 3 stopinje/h), čas izolacije pa 2-3 ure.
Staranje z vibracijami: dobro je za velike kalupe ali situacije, kjer segrevanje ni mogoče, ker uporablja mehanske vibracije (15–100 Hz) za lajšanje notranje napetosti materiala. Na primer, določeno podjetje, ki izdeluje modele za avtomobile, zmanjša deformacijo plesni za 60 % po uporabi terapije staranja z vibracijami.
Obdelava s shot peening: udarec na površino z-hitrimi kovinskimi delci ustvari tlačno napetostno plast (globina 0,1–0,5 mm), zaradi katere traja dlje. Dobro za kalupe, katerih površine so obremenjene, vključno s-kalupi za tlačno litje in kovanjem.
3. Sestavljeni proces: izboljšanje učinkovitosti s skupnim delom z načrtom različnih tehnologij
Toplotna obdelava in mehanska obdelava: najprej uporabite žarjenje, da se znebite vseh obremenitev, nato pa uporabite drobljenje, da naredite površino močnejšo. Določeno podjetje za izdelavo kalupov za letala je na primer uporabilo postopek "žarjenja (izolacija 650 stopinj 2 uri) + peskanje (delci Al2O3, tlak 0,3 MPa)", zaradi česar je kalup preživel trikrat dlje.
Inteligentna tehnologija žarjenja: sistem z umetno inteligenco prilagodi temperaturno krivuljo v realnem času, da premaga težavo neenakomernega žarjenja zapletenih strukturnih kalupov. Na primer, določena študijska skupina je izdelala inteligentno metodo žarjenja, ki lahko poveča stopnjo zmanjšanja napetosti nepravilnih delov s 70 % na 92 ​​%.