金属3D打印技术分析：如何减少残余应力

近年来，金属3D打印已全面发展，并已逐步应用于航空，汽车，医疗等各个行业。其优点是可以实现零件的轻量化和个性化设计，并可以解决一些无法解决的技术问题可以通过传统的制造方法来实现。但是，从技术角度来看，3D打印过程中的许多问题使我们的设计与预期不符。出于以下原因打印出来：残余应力，零件放置，支撑，零件优化等。因此，今天我们将详细介绍残余应力对金属3D打印过程的影响以及如何避免这种情况！残余应力：残余应力是快速加热和冷却的必然产物，这是激光粉末床熔化过程的固有特征。通过在粉末床上移动聚焦的激光，熔化粉末的顶层并将其与下面的处理层融合，来构造每个新的处理层。热熔池中的热量将传递到下方的固体金属，以便熔融金属冷却并凝固。这个过程非常快，只有几微秒。当下层金属的上表面凝固并冷却时，新的金属层会收缩，但是由于下面的固体结构的限制，新的金属层的收缩会在各层之间产生剪切力。激光熔化固体基材顶部的金属，形成新的焊缝（左）。激光沿着扫描矢量移动并熔化粉末，然后将热量传递到下面的固体金属，熔融粉末开始冷却。凝固后，冷却的金属收缩，在金属层和下一层（右）之间将形成剪切力，残余应力具有破坏性。当我们在一个处理层的顶部添加另一个处理层时，就会形成并累积应力，这可能会导致零件变形，其边缘可能会卷起，然后可能与支撑物分离。零件的下表面较大，适合基底。在极端条件下，零件的边缘将与基材分离：在极端情况下，应力可能会超过零件的强度，从而导致部件破坏性破裂或基材变形：这些情况通常出现在尺寸较大的零件中横截面，并且界面太大而不会引起剪切。剪切力的距离较长，导致零件或基板变形。优化设计对于这种情况，首先，在设计时应考虑应力问题，即优化设计，并尽量避免大面积不间断烧结。尝试选择较厚的基材。基板加热也可以减轻这种问题。例如，大多数印刷316L不锈钢材料的制造商的加热温度为80摄氏度。更改扫描方法当我们用激光在基板上方烧结金属粉末时，激光将沿一定的路径和几何形状填充零件。通常，此过程将使激光来回移动。此过程称为扫描。扫描方法有很多，例如条纹扫描，内部和外部螺旋扫描，倾斜区域扫描等。以倾斜区域扫描为例，这种类型的扫描也是大多数零件打印时的扫描方法。我们可以通过更改激光扫描方法来减少零件上的残余应力，并在从一个处理层移动到下一个处理层时旋转扫描矢量方向。这样，应力将不会全部集中在同一平面上。通常将这些层旋转67度，以确保在处理完许多层之前不会完全重复扫描方向。以上是改善残余应力的一些常用方法，但是这些方法仅适合于印刷过程的改进，解决方案是在设计过程中考虑残余应力的问题，以避免这种情况。 （作者：三部族）