金属3D打印中的残余应力（翘曲）问题

为什么 3D 打印金属部件会变形？

残余应力是每个增材制造工程师看不见的敌人。它们是由激光粉末床熔化过程 (PBF-LB/M) 期间极高的温度梯度产生的。当激光局部熔化金属粉末时，熔池膨胀。然而，周围已经凝固且较冷的层阻碍了这种膨胀。如果熔体冷却得非常快（通常冷却速率为 10^4 到 10^6 K/s），它就会收缩，但下面的冷材料会阻止它收缩。结果：部件表面产生巨大的拉应力。

如果这些应力超过材料的屈服强度，就会发生热变形（翘曲）。在最坏的情况下，组件会从打印平台上撕下，或者重涂器（粉末涂覆机构）与弯曲的组件边缘碰撞，从而导致打印作业立即取消。

减少紧张的策略

• 预热构建平台：通过加热构建板（例如，在 EBM 系统中，将铝加热至 200°C，将铝化钛加热至 800°C），温度梯度会大幅降低，从而从一开始就减轻张力的出现。
• 适应的暴露策略（扫描策略）：“棋盘”（棋盘图案）或旋转条纹图案（条纹）将热量输入更均匀地分布在整个横截面上，并防止宏观应力场的积累。
• 巨大的支撑结构：无论何处产生热量，都必须将其消散。坚固的块状支撑结构不仅可以有效地将热量散发到建筑板材中，还可以机械地固定组件以防止变形。
• 切割前消除应力：后处理中最重要的规则：在与建筑板一起放入烤箱中消除应力（消除应力热处理）之前，不得将组件与建筑板分离。

只有通过打印过程中的热管理与随后正确的热处理的完美相互作用，才能制造出高精度、尺寸稳定的组件。