¿Es necesario un tratamiento para aliviar el estrés después de la impresión del molde?

一, La forma en que se forma el estrés residual y los riesgos que puede suponer
1. La variedad de orígenes del estrés
Hay tres tipos básicos de variables que causan tensión residual durante el proceso de impresión del molde:
Diferentes parámetros de proceso: si la potencia del láser, la velocidad de escaneo y el espesor de la capa no se configuran correctamente, las tasas de contracción entre capas pueden ser diferentes, lo que puede causar tensión de corte entre capas. Por ejemplo, cuando se imprimen en 3D cerámicas fotocuradas-, los cambios en el espesor de la capa (50–100 μm) y una exposición insuficiente a los rayos UV pueden provocar que se acumule tensión entre las capas, lo que puede provocar que los armazones de circonio no recocido se rompan a un ritmo de hasta un 18 %.
Limitaciones de las propiedades del material: al imprimir con lecho de polvo metálico fundido (PBF), el enfriamiento rápido provoca un refinamiento desigual del grano, dislocaciones de alta-densidad en ciertos lugares y microtensiones. Por ejemplo, la tensión residual en el acero para moldes H13 sin tratar que ha sido impreso en 3D podría alcanzar entre el 30% y el 50% del límite elástico del material.
Quitar estructuras de soporte y pulir superficies son ejemplos de tareas posteriores-al procesamiento que podrían añadir tensiones mecánicas adicionales. Por ejemplo, si no se alivia la tensión-del molde después de procesarlo mecánicamente, la deformación por enfriamiento puede aumentar entre un 40% y un 60%.
2. El estrés puede ser peligroso en muchos sentidos
Si el estrés residual no se trata adecuadamente, provocará los siguientes problemas:
Inestabilidad dimensional: cuando se libera tensión, el molde se deforma y cambia de forma, con una desviación de precisión de más de ± 80 μ m, que es mucho peor que los criterios para moldes de grado médico (± 50 μ m).
Degradación del rendimiento: es probable que se formen microfisuras en lugares de alta tensión, lo que reduce la resistencia a la fatiga y al impacto. Por ejemplo, si el sustrato electrónico de alúmina impreso en 3D-no está recocido, el recubrimiento metálico se desprende a una velocidad del 12 % y la resistencia aislante cambia en ± 15 %.
Deterioro de la vida: la superposición de tensiones acelera la propagación de las grietas por fatiga cuando la carga es cíclica, lo que reduce la vida útil del molde entre un 50% y un 70%. Por ejemplo, después de 100.000 ciclos de carga, la tasa de propagación de grietas del acero para moldes impreso en 3D sin recocer es tres veces más rápida que la de las piezas recocidas.
2. La necesidad de aliviar el estrés: la prueba de la teoría a la práctica
1. Fundamento teórico: el vínculo entre el alivio del estrés y un mejor rendimiento
Las operaciones termodinámicas o mecánicas se utilizan en el tratamiento de alivio de tensiones para mover los átomos dentro del material, reducir la densidad de dislocación y eliminar la tensión. Lo más importante al respecto es:
Reparación de microestructura: El proceso de recocido puede cerrar microfisuras (longitud<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.
Mejora de la estabilidad dimensional: la modesta cantidad de deformación plástica (generalmente menos del 0,5%) que ocurre cuando se libera la tensión puede evitar que se produzca una distorsión abrupta cuando el artículo se usa nuevamente. Por ejemplo, la precisión dimensional de los implantes dentales de circonio ha aumentado de ± 80 μ m a ± 30 μ m después del recocido, lo que está en línea con la norma médica ISO 13356.
Mejorar el rendimiento del mecanizado significa reducir la dureza de la superficie y la tensión de tracción residual, así como reducir la vibración y el desgaste de la herramienta durante todo el proceso de corte. Por ejemplo, después del rectificado, el acero del troquel se alivia la tensión-a 260-315 grados, lo que reduce la tensión superficial entre un 40% y un 65% y duplica la vida útil de la herramienta.
2. Ejemplo del mundo real-: un modelo exitoso para usar en los negocios
Una empresa médica fabrica implantes de circonio impresos en 3D-utilizando la técnica de "moldeo por curado UV → desengrasado → sinterización → recocido (aislamiento de 1150 grados durante 3 horas, calentamiento de 5 grados/h, enfriamiento de 5 grados/h)" en el campo de los moldes cerámicos. La tasa de agrietamiento disminuyó del 18% al 3%, la resistencia a la fatiga aumentó un 25% y la tasa de aprobación del lote aumentó del 75% al ​​96%.
Una empresa de electrónica fabricó sustratos electrónicos de óxido de aluminio impresos en 3D en el campo de los moldes metálicos mediante "sinterización seguida de recocido (mantenimiento a 1300 grados durante 4 horas, calentamiento a 10 grados/h y enfriamiento a 10 grados/h)". La tasa de desprendimiento del revestimiento metálico se redujo al 2 % y la variación de la resistencia del aislamiento se redujo a ± 5 %, lo que cumplió con los altos estándares de estabilidad.
Molde con una estructura complicada: para piezas que no son regulares, como soportes porosos, se emplean procedimientos como calentamiento gradual (aislamiento de 600 grados durante 1 hora, aislamiento de 750 grados durante 2 horas) y enfriamiento gradual (5 a 10 grados/h) para lograr una liberación uniforme de la tensión y detener el agrietamiento por sobrecalentamiento local.
3. Elegir un método y optimizar los parámetros son parte del proceso de tratamiento del estrés.
1. Método de tratamiento térmico: gestión precisa de los procesos primarios.
Recocido para aliviar la tensión: caliente el molde por debajo de Ac ₁ (por ejemplo, 500 a 650 grados) y manténgalo allí durante 2 a 4 horas. Luego déjelo enfriar lentamente. Funciona con moldes de acero, moldes de aleación de aluminio y más, y puede eliminar más del 80% de la tensión residual.
Tratamiento del tiempo: Fomente la liberación natural del estrés mediante el envejecimiento natural (almacenamiento a temperatura ambiente) o el envejecimiento artificial (aislamiento de 100 a 200 grados), que es mejor para moldes ópticos que necesitan una precisión muy alta.
Mejora del proceso de recocido: Cambiar la curva de temperatura en función de las cualidades del material. Por ejemplo, la temperatura del proceso de recocido para moldes de circonio debe mantenerse entre 1100 y 1200 grados (inferior a la temperatura de sinterización de 300-400 grados). La velocidad de calentamiento debe ser de 5 a 10 grados/h (para piezas de paredes delgadas, debe reducirse a 3 grados/h) y el tiempo de aislamiento debe ser de 2 a 3 horas.
Envejecimiento mediante vibración: es bueno para moldes grandes o situaciones donde no es posible calentar porque utiliza vibración mecánica (15-100 Hz) para aliviar la tensión interna del material. Por ejemplo, cierta empresa que fabrica moldes para automóviles redujo la deformación del molde en un 60% después de utilizar la terapia de envejecimiento por vibración.
Tratamiento con granallado: el impacto sobre la superficie con partículas metálicas de alta-velocidad crea una capa de tensión de compresión (de 0,1 a 0,5 mm de profundidad) que hace que dure más. Bueno para moldes que tienen tensión concentrada en sus superficies, incluidos moldes de fundición a presión y moldes de forja.
3. Proceso compuesto: mejora de la eficiencia trabajando junto con diferentes tecnologías Plan
Tratamiento térmico y tratamiento mecánico: primero, use recocido para eliminar toda la tensión y luego use granallado para fortalecer la superficie. Por ejemplo, cierta empresa de moldes para aviación utilizó el procedimiento de "recocido (aislamiento de 650 grados durante 2 horas) + granallado (partículas de Al2O3, presión de 0,3 MPa)", lo que hizo que el molde sobreviviera tres veces más.
Tecnología de recocido inteligente: un sistema de inteligencia artificial ajusta la curva de temperatura en tiempo real para superar el problema del recocido desigual de moldes estructurales complicados. Por ejemplo, cierto equipo de estudio produjo un método de recocido inteligente que puede aumentar la tasa de alivio de tensión de piezas irregulares del 70% al 92%.