金屬3D打印近幾年發(fā)(fā)展的如火如荼，已經(jīng)(jīng)被逐漸運(yùn)用到了各行各業(yè)(yè)：航空航天、汽車(chē)(chē)、醫(yī)療等等。其優(yōu)(yōu)勢(shì)在于可以做到部件輕量化個(gè)(gè)性化設(shè)計(jì)，可以解決一些傳統(tǒng)加工制造方式?jīng)]有辦法做到的技術(shù)(shù)難題，然而從技術(shù)(shù)層面上來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)在3D打印過(guò)(guò)程中會(huì )(huì)存在的許多問(wèn)(wèn)題使得我們的設(shè)計(jì)不能按照預(yù)想的被打印出來(lái)(lái)，有以下原因：殘余應(yīng)力，部件擺放，支撐，部件優(yōu)(yōu)化等。那么今天我們就詳細(xì)介紹一下殘余應(yīng)力對(duì)金屬3D打印過(guò)(guò)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)(chǎn)物，這是激光粉末平臺(tái)熔化工藝的固有特性。

每一個(gè)(gè)新的加工層都是通過(guò)(guò)如下方式構(gòu)建的：在粉末平臺(tái)上移動(dòng)(dòng)聚焦激光，熔化粉末頂層并將其與下方的一個(gè)(gè)加工層熔合。熱熔池中的熱量會(huì )(huì)傳遞至下方的固體金屬，這樣熔融的金屬就會(huì )(huì)冷卻并凝固。這一過(guò)(guò)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(shí)(shí)會(huì )(huì)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(huì )(huì)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(zhù)掃描矢量移動(dòng)(dòng)并熔融粉末，隨后通過(guò)(guò)將熱量傳遞至下方的固體金屬，熔融后的粉末開(kāi)(kāi)始冷卻。凝固后，冷卻金屬收縮，該金屬層與下一層之間就會(huì )(huì)形成剪切力（右）
殘留應(yīng)力具有破壞性。當(dāng)我們?cè)諞粋€(gè)(gè)加工層頂部增加另一個(gè)(gè)加工層時(shí)(shí)，應(yīng)力隨之形成并累積，這可能導(dǎo)致部件變形，其邊緣卷起，之后可能會(huì )(huì)脫離支撐，在部件下表面較大且貼合基板的情況下，部件邊緣會(huì )(huì)脫離基板：

在比較極端的情況下，應(yīng)力可能會(huì )(huì)超出部件的強(qiáng)度，造成組件破壞性開(kāi)(kāi)裂或基板變形：這些情況一般出現(xiàn)在較大截面的部件中，由于界面過(guò)(guò)大導(dǎo)致剪切力作用的距離更長(cháng)(zhǎng)，從而導(dǎo)致部件變形或基板變形。

優(yōu)(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于這種情況，首先我們應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)(shí)就考慮到應(yīng)力的問(wèn)(wèn)題，也就是優(yōu)(yōu)化設(shè)計(jì)，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(lèi)(lèi)問(wèn)(wèn)題，例如打印316L不銹鋼材料大部分廠(chǎng)家的加熱溫度為80攝氏度。

改變掃描方式

當(dāng)我們用激光燒結(jié)基板上方金屬粉末時(shí)(shí)，激光會(huì )(huì)沿著(zhù)一定的路徑和和幾何形狀來(lái)(lái)填充部件。通常這個(gè)(gè)過(guò)(guò)程會(huì )(huì)來(lái)(lái)回移動(dòng)(dòng)激光，這個(gè)(gè)過(guò)(guò)程叫做掃描。掃描方式有大量種，例如條紋掃描，內(nèi)外螺旋掃描，傾斜分區(qū)掃描等。

以?xún)A斜分區(qū)掃描為例，此類(lèi)(lèi)掃描也是大部分部件打印時(shí)(shí)的掃描方式。我們可以通過(guò)(guò)改變激光的掃描方式來(lái)(lái)減少部件上的殘余應(yīng)力，在從一個(gè)(gè)加工層移至下一個(gè)(gè)加工層時(shí)(shí)旋轉(zhuǎn)掃描矢量的方向，這樣一來(lái)(lái)，應(yīng)力就不會(huì )(huì)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(huì )(huì)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(guò)(guò)程中來(lái)(lái)改善，而最好方案則是在設(shè)計(jì)過(guò)(guò)程中就考慮到應(yīng)力殘留的問(wèn)(wèn)題從而避免。

來(lái)(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)(wǎng)