Нужна ли обработка для снятия напряжения после печати пресс-формы?

一, Как формируется остаточное напряжение и какие риски оно может представлять
1. Многообразие причин стресса
Существует три основных типа переменных, которые вызывают остаточное напряжение в процессе печати пресс-формой:
Различные параметры процесса: если мощность лазера, скорость сканирования и толщина слоя установлены неправильно, скорость усадки между слоями может быть разной, что может вызвать напряжение сдвига между слоями. Например, при 3D-печати фото-отверждаемой керамики изменения толщины слоя (50–100 мкм) и недостаточное воздействие УФ-излучения могут привести к накоплению межслоевого напряжения, что может привести к разрушению неотожженных каркасов из диоксида циркония со скоростью до 18 %.
Ограничения свойств материала. При печати методом плавления в слое металлического порошка (PBF) быстрое охлаждение приводит к неравномерному измельчению зерна, дислокациям высокой-плотности в определенных местах и ​​микронапряжениям. Например, остаточное напряжение в необработанной пресс-форме из стали H13, напечатанной на 3D-принтере, может достигать 30–50 % от предела текучести материала.
Удаление опорных конструкций и полировка поверхностей – примеры задач пост-обработки, которые могут привести к дополнительным механическим нагрузкам. Например, если после механической обработки пресс-формы не снимается напряжение-, закалочная деформация может возрасти на 40–60 %.
2. Стресс может быть опасен во многих отношениях
Если с остаточным напряжением не справиться должным образом, это приведет к следующим проблемам:
Нестабильность размеров: при снятии напряжения форма деформируется и меняет форму с отклонением точности более ± 80 мкм, что намного хуже критериев для форм медицинского назначения (± 50 мкм).
Ухудшение производительности: в местах сильных напряжений могут образовываться микротрещины, что снижает усталостную прочность и ударопрочность. Например, если 3D-напечатанная электронная подложка из оксида алюминия не отжигается, металлическое покрытие отрывается со скоростью 12 %, а сопротивление изоляции изменяется на ± 15 %.
Снижение срока службы: суперпозиция напряжений ускоряет распространение усталостных трещин, когда нагрузка носит циклический характер, сокращая срок службы формы на 50–70%. Например, после 100 000 циклов нагрузки скорость распространения трещин в неотожженной стали, напечатанной на 3D-принтере, в три раза выше, чем в отожженных деталях.
2. Необходимость снятия стресса: доказательство от теории к практике
1. Теоретическая основа: связь между снятием стресса и повышением производительности.
Термодинамические или механические операции используются при снятии напряжений для перемещения атомов внутри материала, снижения плотности дислокаций и избавления от напряжения. Самое главное в этом:
Восстановление микроструктуры: Процесс отжига может закрыть микротрещины (длина<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.
Улучшение стабильности размеров: небольшая пластическая деформация (обычно менее 0,5%), возникающая при снятии напряжения, может предотвратить резкие деформации при повторном использовании изделия. Например, точность размеров зубных имплантатов из диоксида циркония увеличилась с ± 80 мкм до ± 30 мкм после отжига, что соответствует медицинскому стандарту ISO 13356.
Повышение производительности обработки означает снижение твердости поверхности и остаточных растягивающих напряжений, а также снижение вибрации и износа инструмента в процессе резания. Например, после шлифования сталь штампа снимает напряжение- при температуре 260–315 градусов, что снижает поверхностное напряжение на 40–65 % и удваивает срок службы инструмента.
2. Пример из реальной-мировой жизни: успешная модель для использования в бизнесе.
Медицинская компания производит 3D-печатные имплантаты из диоксида циркония, используя технологию «УФ-отверждение → формование → обезжиривание → спекание → отжиг (изоляция 1150 градусов в течение 3 часов, нагрев 5 градусов в час, охлаждение 5 градусов в час)» в области керамических форм. Скорость растрескивания снизилась с 18% до 3%, сопротивление усталости увеличилось на 25%, а пропускная способность партии выросла с 75% до 96%.
Компания по производству электроники изготовила напечатанные на 3D-принтере электронные подложки из оксида алюминия в области изготовления металлических форм путем «спекания с последующим отжигом (выдержка при 1300 градусах в течение 4 часов, нагрев при 10 градусах в час и охлаждение при 10 градусах в час)». Скорость отслоения металлического покрытия снизилась до 2%, а изменение сопротивления изоляции было снижено до ± 5%, что соответствует высоким стандартам стабильности.
Пресс-форма со сложной структурой: для деталей необычной формы, таких как пористые подложки, применяются такие процедуры, как ступенчатый нагрев (изоляция 600 градусов в течение 1 часа, изоляция 750 градусов в течение 2 часов) и градиентное охлаждение (5–10 градусов в час), чтобы добиться равномерного снятия напряжения и предотвращения растрескивания от локального перегрева.
3. Выбор метода и оптимизация параметров являются частью процесса лечения стресса.
1. Метод термообработки: точное управление первичными процессами.
Отжиг для снятия напряжения: нагрейте форму до температуры ниже Ac ₁ (например, 500–650 градусов) и выдержите ее там 2–4 часа. Затем дайте ему медленно остыть. Он работает со стальными формами, формами из алюминиевых сплавов и т. д. и позволяет избавиться от более чем 80 % остаточного напряжения.
Лечение времени: Поощряйте естественное снятие напряжения путем естественного старения (хранение при комнатной температуре) или искусственного старения (изоляция 100–200 градусов), что лучше всего подходит для оптических форм, требующих очень высокой точности.
Улучшение процесса отжига: измените температурную кривую в зависимости от качеств материала. Например, температуру процесса отжига для форм из диоксида циркония необходимо поддерживать в пределах от 1100 до 1200 градусов (ниже, чем температура спекания 300-400 градусов). Скорость нагрева должна составлять 5-10 град/ч (для тонкостенных деталей ее следует снизить до 3 град/ч), а время изоляции - 2-3 часа.
Старение за счет вибрации: подходит для больших форм или ситуаций, когда нагрев невозможен, поскольку для снятия внутреннего напряжения материала используется механическая вибрация (15–100 Гц). Например, одна компания, производящая пресс-формы для автомобилей, сократила деформацию пресс-форм на 60% после применения терапии вибрационного старения.
Обработка дробеструйной обработкой. Воздействие на поверхность высокоскоростных-частиц металла создает слой сжимающих напряжений (глубиной 0,1–0,5 мм), который продлевает срок службы. Подходит для форм, на поверхности которых наблюдается концентрированная нагрузка, включая формы для-литья под давлением и формы для ковки.
3. Составной процесс: повышение эффективности за счет совместной работы с планом различных технологий
Термическая и механическая обработка: сначала используйте отжиг, чтобы избавиться от всех напряжений, а затем используйте дробеструйную обработку, чтобы сделать поверхность более прочной. Например, одна фирма по производству авиационных форм применила процедуру «отжиг (изоляция 650 градусов в течение 2 часов) + дробеструйная обработка (частицы Al2O3, давление 0,3 МПа)», что позволило продлить срок службы формы в три раза.
Интеллектуальная технология отжига: система искусственного интеллекта корректирует температурную кривую в режиме реального времени, чтобы решить проблему неравномерного отжига сложных структурных форм. Например, некая исследовательская группа разработала интеллектуальный метод отжига, который может повысить степень снятия напряжения в деталях неправильной формы с 70% до 92%.