O tratamento de alívio de tensão é necessário após a impressão do molde?

一, A forma como o estresse residual se forma e os riscos que ele pode representar
1. A variedade de origens de estresse
Existem três tipos básicos de variáveis ​​que causam tensão residual durante o processo de impressão do molde:
Diferentes parâmetros de processo: Se a potência do laser, a velocidade de digitalização e a espessura da camada não forem definidas corretamente, as taxas de encolhimento entre as camadas podem ser diferentes, o que pode causar tensão de cisalhamento entre camadas. Por exemplo, ao imprimir cerâmicas foto{2}}curadas em 3D, alterações na espessura da camada (50–100 μm) e exposição UV insuficiente podem causar o acúmulo de tensão intercamada, o que pode causar a quebra de estruturas de zircônia não recozidas a uma taxa de até 18%.
Limitações das propriedades do material: ao imprimir com fusão em leito de pó metálico (PBF), o resfriamento rápido causa refinamento irregular da granulação, deslocamentos de alta-densidade em determinados locais e microtensões. Por exemplo, a tensão residual no aço para molde H13 não tratado que foi impresso em 3D pode chegar a 30% a 50% do limite de escoamento do material.
A remoção de estruturas de suporte e o polimento de superfícies são exemplos de tarefas de pós{0}}processamento que podem adicionar esforços mecânicos extras. Por exemplo, se o molde não for aliviado de tensão-após ser processado mecanicamente, a deformação por têmpera pode aumentar de 40% a 60%.
2. O estresse pode ser perigoso de várias maneiras
Se o estresse residual não for tratado adequadamente, isso levará aos seguintes problemas:
Instabilidade dimensional: Quando a tensão é liberada, o molde deforma e muda de forma, com um desvio de precisão superior a ± 80 μm, o que é muito pior do que os critérios para moldes de grau médico (± 50 μm).
Degradação de desempenho: É provável que se formem microfissuras em locais de alta tensão, o que reduz a resistência à fadiga e ao impacto. Por exemplo, se o substrato eletrônico de alumina impresso-em 3D não for recozido, o revestimento metálico se desprenderá a uma taxa de 12% e a resistência de isolamento mudará em ± 15%.
Decadência da vida: A superposição de tensões acelera a propagação de trincas por fadiga quando a carga é cíclica, reduzindo a vida útil do molde em 50% a 70%. Por exemplo, após 100.000 ciclos de carregamento, a taxa de propagação de trincas em moldes de aço não recozidos impressos em 3D é três vezes mais rápida do que em peças recozidas.
2, A necessidade de alívio do estresse: prova da teoria à prática
1. Fundamentação teórica: A ligação entre alívio do estresse e melhor desempenho
Operações termodinâmicas ou mecânicas são usadas no tratamento de alívio de tensão para mover átomos dentro do material, diminuir a densidade de deslocamento e eliminar o estresse. O mais importante sobre isso é:
Reparação da microestrutura: O processo de recozimento pode fechar microfissuras (comprimento<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.
Melhoria da estabilidade dimensional: A modesta quantidade de deformação plástica (normalmente inferior a 0,5%) que ocorre quando a tensão é liberada pode impedir que distorções abruptas aconteçam quando o item for usado novamente. Por exemplo, a precisão dimensional dos implantes dentários de zircônia aumentou de ± 80 μm para ± 30 μm após o recozimento, o que está de acordo com o padrão médico ISO 13356.
Melhorar o desempenho da usinagem significa diminuir a dureza superficial e a tensão residual de tração, bem como reduzir a vibração e o desgaste da ferramenta durante todo o processo de corte. Por exemplo, após a retificação, a tensão do aço da matriz é-aliviada em 260–315 graus, o que reduz a tensão superficial em 40% a 65% e duplica a vida útil da ferramenta.
2. Exemplo-do mundo real: um modelo de sucesso para uso nos negócios
Uma empresa médica fabrica implantes de zircônia-impressos em 3D usando a técnica "moldagem por cura UV → desengorduramento → sinterização → recozimento (isolamento de 1.150 graus por 3 horas, aquecimento de 5 graus/h, resfriamento de 5 graus/h)" na área de moldes cerâmicos. A taxa de fissuração caiu de 18% para 3%, a resistência à fadiga aumentou 25% e a taxa de aprovação do lote aumentou de 75% para 96%.
Uma empresa de eletrônicos fabricou substratos eletrônicos de óxido de alumínio impressos em 3D na área de moldes metálicos por "sinterização seguida de recozimento (manutenção a 1300 graus por 4 horas, aquecimento a 10 graus /h e resfriamento a 10 graus /h)." A taxa de desprendimento do revestimento metálico caiu para 2% e a variação da resistência do isolamento foi reduzida para ± 5%, o que atendeu aos altos padrões de estabilidade.
Molde com uma estrutura complicada: Para peças que não são regulares, tais suportes porosos, procedimentos como aquecimento gradual (isolamento de 600 graus por 1 hora, isolamento de 750 graus por 2 horas) e resfriamento gradiente (5–10 graus /h) são empregados para obter uma liberação uniforme de tensão e evitar rachaduras devido ao superaquecimento local.
3, A escolha de um método e a otimização dos parâmetros fazem parte do processo de tratamento do estresse.
1. Método de tratamento térmico: gerenciamento preciso de processos primários
Recozimento para aliviar o estresse: Aqueça o molde abaixo de Ac ₁ (por exemplo, 500–650 graus) e mantenha-o assim por 2–4 horas. Depois deixe esfriar lentamente. Funciona com moldes de aço, moldes de liga de alumínio e muito mais, e pode eliminar mais de 80% da tensão residual.
Tratamento do tempo: Incentive a liberação natural do estresse por envelhecimento natural (armazenamento em temperatura ambiente) ou envelhecimento artificial (isolamento de 100–200 graus), o que é melhor para moldes ópticos que precisam de precisão muito alta.
Melhorando o processo de recozimento: Altere a curva de temperatura com base nas qualidades do material. Por exemplo, a temperatura do processo de recozimento para moldes de zircônia precisa ser mantida entre 1.100 e 1.200 graus (inferior à temperatura de sinterização de 300-400 graus). A taxa de aquecimento deve ser de 5 a 10 graus /h (para peças de paredes finas, deve ser reduzida para 3 graus /h) e o tempo de isolamento deve ser de 2 a 3 horas.
Envelhecimento por vibração: É bom para moldes grandes ou situações onde o aquecimento não é possível porque utiliza vibração mecânica (15–100 Hz) para aliviar o estresse interno do material. Por exemplo, uma certa empresa que fabrica moldes para automóveis reduziu a deformação do molde em 60% após usar a terapia de envelhecimento vibratório.
Tratamento com shot peening: impactar a superfície com partículas metálicas de alta-velocidade cria uma camada de tensão compressiva (profundidade de 0,1 a 0,5 mm) que faz com que ela dure mais. Bom para moldes que têm tensão concentrada em suas superfícies, incluindo moldes-de fundição sob pressão e moldes de forjamento.
3. Processo Composto: Melhorando a Eficiência Trabalhando em Conjunto com Plano de Diferentes Tecnologias
Tratamento térmico e tratamento mecânico: Primeiro, use recozimento para se livrar de todo o estresse e, em seguida, use shot peening para tornar a superfície mais resistente. Por exemplo, uma certa empresa de moldes para aviação utilizou o procedimento de "recozimento (isolamento de 650 graus por 2 horas) + jateamento (partículas de Al2O3, pressão 0,3 MPa)", o que fez o molde sobreviver três vezes mais.
Tecnologia de recozimento inteligente: Um sistema de IA ajusta a curva de temperatura em tempo real para superar o problema de recozimento irregular de moldes estruturais complicados. Por exemplo, uma certa equipe de estudo produziu um método de recozimento inteligente que pode aumentar a taxa de alívio de tensões de peças irregulares de 70% para 92%.