แนวคิดและอันตรายของความเข้มข้นของความเค้น
ความเข้มข้นของความเค้นหมายถึงปรากฏการณ์ที่ความเค้นเฉพาะจุดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนอย่างกะทันหัน (เช่น รู รอยบาก ขั้นบันได ลบมุม ฯลฯ) จะสูงกว่าความเค้นที่ระบุอย่างมาก ระดับความเข้มข้นของความเครียดแสดงโดยค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเครียด ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความเครียดในพื้นที่สูงสุดต่อความเครียดที่ระบุ ความเข้มข้นของความเครียดเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของชิ้นส่วนก่อนเวลาอันควร โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ภาระความเมื่อยล้า พื้นที่ที่มีความเข้มข้นของความเครียดมักจะกลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตก เนื่องจากโครงสร้างแบบชั้นและวัสดุแบบแอนไอโซโทรปี ชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3 มิติจึงมีความไวต่อความเข้มข้นของความเครียดมากกว่า และต้องการความสนใจเป็นพิเศษในการออกแบบ
การระบุตำแหน่งความเข้มข้นของความเค้นทั่วไป
ตำแหน่งความเข้มข้นของความเค้นทั่วไปในการออกแบบประกอบด้วย: ขอบของรู โดยเฉพาะขอบของรูกลม ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเค้นสามารถเข้าถึง 2-3 ที่ขั้นตอนและการกลายพันธุ์แบบตัดขวาง การเปลี่ยนแบบเฉียบพลันจะเพิ่มความเข้มข้นของความเครียดอย่างมาก รอยบากและร่อง เช่น ร่องสลัก ร่องสแน็ป ฯลฯ ความเข้มข้นของความเค้นที่โคนเกลียวและก้นฟันจะเห็นได้ชัด มุมที่มีการลบมุมและเนื้อไม่เพียงพอ มุมและขอบที่คมชัด การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดจำเป็นต้องใช้เพื่อระบุตำแหน่งเหล่านี้ในระหว่างการออกแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความไม่ต่อเนื่องทางเรขาคณิตตามเส้นทางการถ่ายโอนโหลด
กลยุทธ์การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพความเข้มข้นของความเครียด
กลยุทธ์หลักในการลดความเข้มข้นของความเครียดคือการทำให้การเปลี่ยนผ่านทางเรขาคณิตราบรื่นขึ้น ประการแรกคือการแทนที่มุมแหลมด้วยมุมโค้งมน ยิ่งรัศมีมุมโค้งมนมาก ค่าสัมประสิทธิ์ความเข้มข้นของความเค้นก็จะยิ่งน้อยลง ขอแนะนำให้รัศมีมุมโค้งมนไม่น้อยกว่า 10-20% ของความหนาของผนัง ประการที่สองคือการใช้ทรานซิชันเทเปอร์เพื่อเปลี่ยนการกลายพันธุ์ของหน้าตัดให้เป็นทรานซิชันแบบเรียวเพื่อลดความไม่ต่อเนื่องทางเรขาคณิต ประการที่สามคือการเพิ่มความหนาเฉพาะจุด เพิ่มความหนาของวัสดุในพื้นที่ที่มีความเข้มข้นของความเค้น และลดความเค้นที่ระบุ ประการที่สี่คือการใช้รูลดความเครียดและเพิ่มรูเล็ก ๆ ใกล้กับรูหลักเพื่อกระจายความเครียด ประการที่ห้าคือการปรับการออกแบบส่วนรองรับให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงจุดรวมความเครียดที่เกิดจากการกำจัดส่วนรองรับ ประการที่หกคือการปรับทิศทางการพิมพ์เพื่อให้ทิศทางความเค้นสอดคล้องกับทิศทางการยึดติดระหว่างชั้น
การคาดการณ์อายุความล้าและการตรวจสอบ
การคาดการณ์อายุความล้าของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D จำเป็นต้องพิจารณาแอนไอโซโทรปีของวัสดุและข้อบกพร่องในการผลิต วิธีการทำนายอายุการใช้งานของความล้าที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธีเส้นโค้ง S-N ซึ่งคาดการณ์อายุการใช้งานของความล้าภายใต้แอมพลิจูดของความเค้นที่กำหนดโดยอิงตามข้อมูลการทดสอบความล้าของวัสดุ วิธียืดอายุ เหมาะสำหรับความเหนื่อยล้าในรอบต่ำ วิธีกลศาสตร์การแตกหัก โดยพิจารณาการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวของข้อบกพร่องเริ่มแรก การวิเคราะห์ความล้าขององค์ประกอบจำกัด ผสมผสานการวิเคราะห์ความเครียดและข้อมูลวัสดุสำหรับการทำนายชีวิต การทดสอบเพื่อยืนยันจำเป็นต้องจำลองสภาวะโหลดจริง จำนวนตัวอย่างทดสอบควรเพียงพอ (โดยปกติคือ 5-10 ตัวอย่างต่อกลุ่ม) และควรมีการวิเคราะห์การกระจายชีวิตในเชิงสถิติ
มาตรการที่ครอบคลุมเพื่อปรับปรุงอายุความล้า
เพื่อปรับปรุงอายุความล้าของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D เราจำเป็นต้องเริ่มต้นจากหลายแง่มุมของการออกแบบ กระบวนการ และหลังการประมวลผล ในแง่ของการออกแบบ หลีกเลี่ยงคุณลักษณะทางเรขาคณิตที่คมชัด มุมโค้งมนขนาดใหญ่ และการเปลี่ยนที่ราบรื่นถูกนำมาใช้เพื่อปรับเส้นทางการกระจายน้ำหนักให้เหมาะสม ในแง่ของกระบวนการ ให้เลือกพารามิเตอร์การพิมพ์ที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของการยึดเกาะระหว่างชั้น ลดรูขุมขนและข้อบกพร่อง และดำเนินการทดลองเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเมื่อจำเป็น ในแง่ของขั้นตอนหลังการประมวลผล จะทำการขัดพื้นผิวเพื่อขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิว การขัดผิวด้วยการยิงเพื่อทำให้เกิดความเค้นอัดที่พื้นผิว และดำเนินการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อขจัดความเครียดภายใน ในแง่ของการเลือกวัสดุ จะให้ความสำคัญกับวัสดุที่มีคุณสมบัติความล้าที่ดี เช่น เรซินวิศวกรรม ไนลอน โลหะ ฯลฯ
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง