在討論應力消除之前，我們還是先來了解下什么是殘余應力。

什么是殘余應力

殘余應力是當物體沒有外部因素作用時，在物體內部保持平衡而存在的應力。零件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響，當這些因素消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響，就是殘余應力。

從能量作功的角度來理解，外力使物體發生塑性變形時會導致物體內部發生變形，因而積累一部分能量；當外力消除后，內部應力分布不均勻的能量要進行釋放，如果物體的脆性低，則物體會緩慢變形，脆性高則形成裂紋。

殘余應力在機械制造中非常常見，往往各個工藝都會產生殘余應力。不過，從本質上講，產生殘余應力的機制可以歸結成三類：

第一類，不均勻的塑性變形；

第二類，不均勻的溫度變化；

第三類，不均勻的結構變化（相變）。

殘余應力的危害

從殘余應力的分類可以看出，殘余應力會引起物體緩慢變形，導致物體尺寸的改變，導致機械加工零件尺寸不合格，儀器生產中導致整臺儀器喪失精度成為廢品，鑄造鍛造零件出現裂紋甚至斷裂，同時對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命等，也有著十分重要的影響。

△鑄件在冷卻的過程中，由于工藝的不合理導致冷卻不均勻而產生殘余熱應力導致鑄件斷裂

如何消除殘余應力是增材制造的重要挑戰

殘余應力也是增材制造面臨的最重要挑戰之一，而在某些情況下，殘余應力對打印零件的影響可能大到使整個成型平臺彎曲，使零件從成型平臺上分離或者使零件本身開裂。這也是增材制造零件通常需要添加支撐結構的原因之一。只有將這些殘余應力和應力集中通過熱處理釋放掉之后才能從成型平臺上移除零件。

△殘余應力造成打印失敗

目前，傳統制造消除方法有熱處理、靜載荷加壓、振動時效和機械處理等四種方法。而因增材制造可以無模成型這一技術特性，可以在設計零件本身的時候就可以考慮優化拓撲結構來克服殘余應力。比如采用減少厚度不均勻的區域、盡量避免較大的橫截面變化；又如在3D打印設備上設計預熱成型平臺和加熱成型室等，都可以有效的減少殘余應力帶來的影響。但是在現階段，如何改進殘余應力的分布仍然取決于設計師的經驗，使得有些殘余應力始終無法避免。

殘余應力是在消除了引進應力的所有因素后仍然存在于固體材料中的應力。在傳統機械制造中殘余應力可能產生的機制同樣適用于增材制造，在設計和打印的結構零件中，意外或不可控的殘余應力則可能會導致零件過早的失敗。有效克服零件制造中的殘余應力顯得尤為重要。

UPrise3D切片軟件之應力消除

基于升華三維自主研發的UPrise3D切片軟件開發出了應力消除功能。通過開啟該功能，根據有需要消除應力零件模型的不同結構自動規劃打印方式和路徑，以最大限度地減少殘留應力的累積。在打印環節，即可實現對模型在燒結步驟中的變形控制。

下面就通過打印開啟應力消除和未開啟應力消除功能的打印案例作說明：

△開啟應力消除功能

VS

△未開啟應力消除功能

從以上結構件可以看出，在開啟應力消除功能后，燒結后的角度基本無偏差。而未開啟應力消除功能的結構件，可以很直觀地看到已經明顯的變形，且角度偏差比較大。

△應力消除功能開啟前后成品（燒結）對比

而對于某些薄壁模型，會因為在打印方向上應力累積，從而導致燒結后變形。從以下兩組薄壁樣例對比就可以看出，開啟應力消除功能后，燒結成品明顯比未開啟的樣例變形程度小得多。

△開啟應力消除功能

VS

△未開啟應力消除功能

△應力消除功能開啟前后成品（燒結）對比

為構建3D打印智造創造更多可能

不論是直接3D打印還是間接3D打印工藝，同樣不論是塑料、金屬或是陶瓷材料。在打印成型或燒結過程中，殘余應力是不可避免的。在通過零件的設計來將殘余應力最小化的同時，采用系統本身的智能處理功能進行應力消除的優勢也逐步顯現。UPrise 3D切片軟件是升華三維——金屬/陶瓷間接3D打印全工藝鏈解決方案的重要軟件，也是支持三維模型到打印成型的核心技術系統。開發應力消除功能的目的是最大限度地減少結構中的殘余應力，從而降低在進一步制造或最終使用零件期間其尺寸變化和結構變形的風險。

升華三維作為目前國內為數不多的具備金屬/陶瓷材料開發制備、金屬/陶瓷3D打印機研發生產、切片軟件開發到3D打印工藝、脫脂及燒結工藝一整套金屬/陶瓷間接3D打印工藝鏈及解決方案的供應商。一直致力于面向解決金屬·陶瓷傳統制造工藝無法制造的難題，積極貫通金屬/陶瓷制造全鏈條、全流程、全配套的高附加值服務。升華三維也將深耕技術，響應市場應用需求，不斷開發和完善軟件及硬件功能，提升工藝解決服務能力。為構建3D打印智造世界創造更多可能。