【解析】金屬3D打印技術(shù)解析之如何減少殘余應(yīng)力

作者： 三的部落

金屬3D打印近幾年發(fā)展的如火如荼,，已經(jīng)被逐漸運用到了各行各業(yè)：航空航天、汽車,、醫(yī)療等等,。其優(yōu)勢在于可以做到零件輕量化個性化設(shè)計,，可以解決一些傳統(tǒng)加工制造方式無法做到的技術(shù)難題,，然而從技術(shù)層面上來說在3D打印過程中會存在的許多問題使得我們的設(shè)計不能按照預(yù)想的被打印出來,，有以下原因：殘余應(yīng)力，零件擺放,，支撐,，零件優(yōu)化等,。那么今天我們就詳細介紹一下殘余應(yīng)力對金屬3D打印過程造成的影響以及我們應(yīng)該如何避免吧！

殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力是快速加熱和冷卻的必然產(chǎn)物,，這是激光粉末床熔化工藝的固有特性,。

每一個新的加工層都是通過如下方式構(gòu)建的：在粉末床上移動聚焦激光,，熔化粉末頂層并將其與下方的一個加工層熔合,。熱熔池中的熱量會傳遞至下方的固體金屬，這樣熔融的金屬就會冷卻并凝固,。這一過程非常迅速,，大約只有幾微秒。新的金屬層在下層金屬的上表面凝固和冷卻時會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象,，但由于受到下方固體結(jié)構(gòu)的限制,，其收縮會導(dǎo)致層與層之間形成剪切力。

                             

激光在固體基體的頂部熔融金屬形成新的焊道（左）,。激光沿著掃描矢量移動并熔融粉末,，隨后通過將熱量傳遞至下方的固體金屬，熔融后的粉末開始冷卻,。凝固后,，冷卻金屬收縮，該金屬層與下一層之間就會形成剪切力（右）

殘留應(yīng)力具有破壞性,。當我們在一個加工層頂部增加另一個加工層時,，應(yīng)力隨之形成并累積，這可能導(dǎo)致零件變形,，其邊緣卷起,，之后可能會脫離支撐，在零件下表面較大且貼合基板的情況下,，零件邊緣會脫離基板：

在比較極端的情況下,，應(yīng)力可能會超出零件的強度，造成組件破壞性開裂或基板變形：這些情況一般出現(xiàn)在較大截面的零件中,，由于界面過大導(dǎo)致剪切力作用的距離更長,，從而導(dǎo)致零件變形或基板變形。

優(yōu)化設(shè)計
對于這種情況,，首先我們應(yīng)在設(shè)計時就考慮到應(yīng)力的問題,，也就是優(yōu)化設(shè)計，盡量的去避免大面積不間斷燒結(jié),。盡量選取厚一些的基板,，基板加熱也是可以減輕此類問題，例如打印316L不銹鋼材料大部分廠家的加熱溫度為80攝氏度,。

改變掃描方式
當我們用激光燒結(jié)基板上方金屬粉末時,，激光會沿著一定的路徑和和幾何形狀來填充零件,。通常這個過程會來回移動激光,這個過程叫做掃描。掃描方式有很多種,例如條紋掃描,，內(nèi)外螺旋掃描,，傾斜分區(qū)掃描等。

以傾斜分區(qū)掃描為例,，此類掃描也是大部分零件打印時的掃描方式,。我們可以通過改變激光的掃描方式來減少零件上的殘余應(yīng)力，在從一個加工層移至下一個加工層時旋轉(zhuǎn)掃描矢量的方向,，這樣一來,，應(yīng)力就不會全部在同一平面上集中，每層之間通常旋轉(zhuǎn)67度,，以確保在加工完許多層后掃描方向才會完全重復(fù),。

以上就是一些常用的改善應(yīng)力殘留的方法，但這些方法只適用于在打印的過程中來改善,，而最佳方案則是在設(shè)計過程中就考慮到應(yīng)力殘留的問題從而避免,。