3Д печать - Внутренние и остаточные напряжения - Материаловедение часть 2

Поддержать канал: #3Dcraft #3Дкрафт #Внутренниенапряжения #Остаточныенапряжения #3Дпечать Полная чистка экструдера 3Д принтера: Напряжения 1-го рода — это зональные внутренние напряжения, возникающие между отдельными зонами сечения и между различными частями детали. Чем выше скорость и неравномерность охлаждения, размеры и сложность детали, тем большего значения достигают внутренние напряжения 1-го рода. Величина внутренних напряжений может сильно отличаться у разных типов материалов. Внутренние напряжения 1-го рода, проявляются наиболее выражено в виде появления коробления и усадки, либо в виде трещин (прошу не путать с расслоением детали из-за низкого спекания слоёв). Трещины возникают, если материал обладает малой пластичностью и, если внутренние напряжения превзойдут значение предела прочности выбранного материала. Если же материал достаточно пластичен, то вместо трещин, мы увидим такие нежелательные процессы, как усадка и коробление. А так как большинство видов пластика имеют достаточно высокую пластичность, то при печати стоит опасаться именно коробления и усадки. Внутренние напряжения достигают своих максимальных значений на резких переходах в геометрии детали. Такие области называют концентраторами напряжений. Остаточные напряжения — это сохраняющиеся во времени внутренние напряжения, основной причиной возникновения которых является неоднородность деформации в разных точках тела вследствие неравномерности температур или пластических деформаций. Остаточные напряжения внутри детали будут уравновешены пределом прочности самой детали, т.е. не изменят её форму до тех пор, пока извне (нами) не будет приложена достаточная сила, которая сместит это равновесие в сторону упругой, либо пластической деформации. При упругой деформации, если приложенная сила исчезнет – деталь примет свою первоначальную форму. При пластической деформации, если с детали убрать прикладываемую силу - деталь останется в своей изменённой, т.е. деформированной форме. Кроме дополнительных сил, прикладываемых на деталь извне, на внутреннее равновесие так же может повлиять и повторный нагрев, который может уменьшить силы и направления остаточных напряжений в детали. Поэтому в машиностроении есть специальные технологические процессы, для снятия остаточных напряжений – это отжиг, отпуск и нормализация. Эти техпроцессы служат, как для снятия остаточных напряжений, так и для увеличения твёрдости, фазовых превращений из одной структуры металла в другую и т.д. Из этого видно, какая большая роль отводится снятию остаточных напряжений в процессе изготовления деталей в машиностроении. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что любая печатаемая деталь испытывает внутренние напряжения, которые могут привести к искажению формы детали. И далее, когда деталь напечатается и остынет и, например, ваших знаний будет достаточно, чтобы в детали не произошла усадка и коробление, в любом случае в ней, неизбежно сохраняться остаточные напряжения, пытающиеся изменить её форму. А также остаточные напряжения продолжат существовать в процессе эксплуатации детали. Остаточные напряжения являются скрытым явлением и смотря на деталь невооружённым глазом трудно догадаться о процессах, происходящих внутри материала. Так же хочется отметить, что реальная прочность детали, зависит от взаимодействия остаточных напряжений и напряжений, вызываемых действием внешних нагрузок. Из-за того, что прикладываемые к детали нагрузки могут суммироваться с остаточными напряжениями, это в свою очередь приводит к повышенному износу детали. А значит остаточные напряжения могут существенно уменьшать эксплуатационный ресурс детали. В 3Д печати достаточно трудно избавится от остаточных напряжений. Поэтому это не самый лучший выбор процесса изготовления, если распечатанная деталь будет испытывать повышенные динамические нагрузки. Для полимеров существует процедура, нужная для снятия напряжения – это прогрев пластика. Он происходит следующим образом – готовая деталь помещается в закрытое пространство, затем происходит прогрев среды вокруг детали. Температура среды не должна быть выше температуры стеклования, иначе деталь может размягчится и изменить форму под собственным весом. Температура среды поддерживается какое-то время. И именно в этот момент происходит перераспределение остаточных напряжений с последующим их частичным или полным исчезновением. После чего происходит медленное и равномерное остывание детали. Этап постепенного остывания препятствует повторному появлению остаточных напряжений в детали. Но, здесь стоит подчеркнуть, что это подходит для деталей, изготовленных способом литья или экструдирования, а значит в тех случаях, когда материал получается однородным по всему объёму и без слоёв. Из-за того, что 3Д печать относиться к технологии послойного добавления материала, то за частую спекание слоёв и является слабым звеном при рассмотрении прочностных характеристик конечной детали.