在讨论应力消除之前，我们还是先来了解下什么是残余应力。

什么是残余应力

残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。零件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响，就是残余应力。

从能量作功的角度来理解，外力使物体发生塑性变形时会导致物体内部发生变形，因而积累一部分能量；当外力消除后，内部应力分布不均匀的能量要进行释放，如果物体的脆性低，则物体会缓慢变形，脆性高则形成裂纹。

残余应力在机械制造中非常常见，往往各个工艺都会产生残余应力。不过，从本质上讲，产生残余应力的机制可以归结成三类：

第一类，不均匀的塑性变形；

第二类，不均匀的温度变化；

第三类，不均匀的结构变化（相变）。

残余应力的危害

从残余应力的分类可以看出，残余应力会引起物体缓慢变形，导致物体尺寸的改变，导致机械加工零件尺寸不合格，仪器生产中导致整台仪器丧失精度成为废品，铸造锻造零件出现裂纹甚至断裂，同时对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命等，也有着十分重要的影响。

△铸件在冷却的过程中，由于工艺的不合理导致冷却不均匀而产生残余热应力导致铸件断裂

如何消除残余应力是增材制造的重要挑战

残余应力也是增材制造面临的最重要挑战之一，而在某些情况下，残余应力对打印零件的影响可能大到使整个成型平台弯曲，使零件从成型平台上分离或者使零件本身开裂。这也是增材制造零件通常需要添加支撑结构的原因之一。只有将这些残余应力和应力集中通过热处理释放掉之后才能从成型平台上移除零件。

△残余应力造成打印失败

目前，传统制造消除方法有热处理、静载荷加压、振动时效和机械处理等四种方法。而因增材制造可以无模成型这一技术特性，可以在设计零件本身的时候就可以考虑优化拓扑结构来克服残余应力。比如采用减少厚度不均匀的区域、尽量避免较大的横截面变化；又如在3D打印设备上设计预热成型平台和加热成型室等，都可以有效的减少残余应力带来的影响。但是在现阶段，如何改进残余应力的分布仍然取决于设计师的经验，使得有些残余应力始终无法避免。

残余应力是在消除了引进应力的所有因素后仍然存在于固体材料中的应力。在传统机械制造中残余应力可能产生的机制同样适用于增材制造，在设计和打印的结构零件中，意外或不可控的残余应力则可能会导致零件过早的失败。有效克服零件制造中的残余应力显得尤为重要。

UPrise3D切片软件之应力消除

基于升华三维自主研发的UPrise3D切片软件开发出了应力消除功能。通过开启该功能，根据有需要消除应力零件模型的不同结构自动规划打印方式和路径，以最大限度地减少残留应力的累积。在打印环节，即可实现对模型在烧结步骤中的变形控制。

下面就通过打印开启应力消除和未开启应力消除功能的打印案例作说明：

△开启应力消除功能

VS

△未开启应力消除功能

从以上结构件可以看出，在开启应力消除功能后，烧结后的角度基本无偏差。而未开启应力消除功能的结构件，可以很直观地看到已经明显的变形，且角度偏差比较大。

△应力消除功能开启前后成品（烧结）对比

而对于某些薄壁模型，会因为在打印方向上应力累积，从而导致烧结后变形。从以下两组薄壁样例对比就可以看出，开启应力消除功能后，烧结成品明显比未开启的样例变形程度小得多。

△开启应力消除功能

VS

△未开启应力消除功能

△应力消除功能开启前后成品（烧结）对比

为构建3D打印智造创造更多可能

不论是直接3D打印还是间接3D打印工艺，同样不论是塑料、金属或是陶瓷材料。在打印成型或烧结过程中，残余应力是不可避免的。在通过零件的设计来将残余应力最小化的同时，采用系统本身的智能处理功能进行应力消除的优势也逐步显现。UPrise 3D切片软件是升华三维——金属/陶瓷间接3D打印全工艺链解决方案的重要软件，也是支持三维模型到打印成型的核心技术系统。开发应力消除功能的目的是最大限度地减少结构中的残余应力，从而降低在进一步制造或最终使用零件期间其尺寸变化和结构变形的风险。

升华三维作为目前国内为数不多的具备金属/陶瓷材料开发制备、金属/陶瓷3D打印机研发生产、切片软件开发到3D打印工艺、脱脂及烧结工艺一整套金属/陶瓷间接3D打印工艺链及解决方案的供应商。一直致力于面向解决金属·陶瓷传统制造工艺无法制造的难题，积极贯通金属/陶瓷制造全链条、全流程、全配套的高附加值服务。升华三维也将深耕技术，响应市场应用需求，不断开发和完善软件及硬件功能，提升工艺解决服务能力。为构建3D打印智造世界创造更多可能。