一种近净成形零件的方法
专利汇可以提供一种近净成形零件的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 近净成形 零件的方法，其步骤为：将零件的三维模型输入SLM或SLS快速机中，并将SLM或SLS快速机的成形室抽 真空 ， 激光器 对位于切片边界处的 金属粉末 进行扫描， 熔化 边界处的粉末材料，对边界内的金属粉末沿网状轨迹扫描成网状结构，使零件内部相对 密度 为50％－60％；使金属粉末快速制造成一个整体的、完全致密 外壳 的密封制件，再将SLM或SLS制件直接进行HIP处理，最后得到满足性能和 精度 要求的合格零件。本发明将快速成形技术如 选择性激光熔化 (SLM)或选择性激光 烧结 (SLS)与热 等静压 (HIP)技术结合起来，工艺过程简单易行，低耗高效。，下面是一种近净成形零件的方法专利的具体信息内容。
1、一种近净成形零件的方法，其步骤为：
(1)采用三维造型软件设计出零件CAD三维模型，然后由切片软件处 理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到SLM或SLS快速成形 机；
(2)将SLM或SLS快速成形设备的成形室抽真空；
(3)送粉机构在工作平台上平铺一层约为0.02-0.1mm厚度的粒径为 10-60μm的金属粉末；
(4)采用激光功率大于等于100W的半导体泵浦YAG激光器、光纤激 光器，或CO2激光器，激光光斑为10-250μm，扫描间距为0.04-0.1mm，扫 描速度为50-300mm/s，对位于该层切片边界处约为1-3mm宽的金属粉末进 行扫描；
(5)重复上述步骤(3)-(4)，直至制成致密的壳体；
(6)将SLM或SLS制件转移到热等静压炉，进行加热和加压处理。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)还包括对该 层切片边界内的金属粉末沿着网状轨迹扫描成网状结构，使零件内部相对 密度为50％-60％。
技术领域
背景技术
但是热等静压粉末材料近净成形各种零部件时，存在以下问题：
(1)进行热等静压时，先将粉末装入包套内，再放入热等静压机的高 压缸中，这中间需要进行包套的检漏、填充、抽真空和密封等工艺，因此 存在不易找到合适的包套材料、装料后包套容易变形、工艺繁琐、工艺周 期长、费用高、生产效率低等缺点；
(2)采用热等静压粉末近净成形各种零件，由于包套的最终尺寸决定 了所成形的零件尺寸，因此包套的设计环节至关重要，稍有偏差就可能影 响成形零件的尺寸；
(3)经过热等静压处理后，还需去掉包套，因此可能会影响零件的形 状和结构尺寸。
发明内容
本发明提供的一种近净成形零件的方法，其步骤为：
(1)采用三维造型软件设计出零件CAD三维模型，然后由切片软件处 理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到SLM或SLS快速成形 机。
(2)将SLM或SLS快速成形机的成形室抽真空。
(3)送粉机构在工作平台上平铺一层约为0.02-0.1mm厚度的粒径为 10-60μm的金属粉末。
(4)采用激光功率大于等于100W的半导体泵浦YAG激光器、光纤激 光器或CO2激光器，激光光斑为10-250μm，扫描间距为0.04-0.1mm，扫描 速度为50-300mm/s，对位于该层切片边界处约为1-3mm宽的金属粉末进行 扫描；
(5)重复上述步骤(3)-(4)，直至制成致密的壳体。
(6)无需包套封装，直接将SLM或SLS制件转移到热等静压炉，根据 材料的性能，设定合理的工艺参数，进行加热和加压处理。
上述步骤(4)还包括对该层切片边界内的金属粉末沿着网状轨迹扫描 成网状结构，使零件内部相对密度为50％-60％。
本发明将快速成形技术如选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结 (SLS)与热等静压(HIP)技术结合起来，这种复合方法具备以下优点：
(1)由于在真空环境下熔化或烧结制件，确保了SLM或SLS制件内部无 空气或气体存在。
(2)采用SLM或SLS技术，可以成形复杂形状结构的零件。
(3)SLM或SLS成形的零件外壳是完全致密的，在热等静压(HIP) 过程中阻碍了外部气体进入零件内部，可以替代热等静压(HIP)的包套。
(4)因热等静压(HIP)过程无需包套，免去了设计包套带来的偏差， 避免了包套材料对于零件的污染以及零件脱离包套的工艺过程。
(5)工艺过程简单易行，低耗高效。
附图说明
图1为本发明近净成形零件方法的工艺流程图，其中(a)：激光熔化或 烧结成形致密外壳；(b)：激光选择性扫描制件内部粉末；(c)：热等静压； (d)：最终零件；
图2为本发明的选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结(SLS)成 形零件壳体示意图，其中(a)：内部为未熔化的松装粉末；(b)：内部为激光 选择性扫描的粉末。
具体实施方式
(1)采用三维造型软件设计出零件CAD三维模型，然后由切片软件处 理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到SLM或SLS快速成形 机。
(2)将SLM或SLS快速成形机的成形室抽真空，以确保熔化或烧结后 零件内部为真空环境。
(3)送粉机构在工作平台上平铺一层约为0.02-0.1mm厚度的金属粉 末(金属粉末粒径约为10-60μm)。
(4)采用激光功率大于等于100W的半导体泵浦YAG激光器、光纤激 光器或CO2激光器，激光光斑为10-250μm，扫描间距为0.04-0.1mm，扫描 速度为50-300mm/s，对位于该层切片边界处约为1-3mm宽的金属粉末进行 扫描，以熔化或烧结边界处的粉末材料，使之相对密度大于92％。
(5)重复上述步骤(3)-(4)，直至制成致密的壳体。其功能是确 保SLM或SLS制件具有一个整体的、相对密度大于92％的封闭壳体，达到在 随后的热等静压中阻碍热等静压炉中的气体进入零件内部的目的，起到包 套作用；SLM或SLS制件无需包套封装，可以直接放入热等静压(HIP)炉 进行加热、加压处理，从而得到力学性能满足要求的完全致密的零件。
(6)无需包套封装，直接将SLM或SLS制件转移到热等静压炉，设定 成形温度为0.5-0.7Tm(0Tm为金属粉末的熔点)，成形压力为100-200MPa， 进行热等静压。
在步骤(4)时，对于零件内部的金属粉末或不进行激光扫描，为未熔化 的松装粉末，如附图2a)，或采用相同的工艺参数沿着网状轨迹扫描成网状 结构，如附图2b)，零件内部相对密度为50％-60％。
本发明的实质是将现有技术中的选择性激光熔化(SLM)或选择性激光 烧结(SLS)技术与热等静压(HIP)技术结合起来，这种复合工艺是在真 空中熔化或烧结密封制件，保证了制件内部无空气存在，同时热等静压时 无需包套，免去了设计包套所带来的偏差，避免了包套材料对于零件的污 染以及零件脱离包套的工艺过程，且可以成形复杂形状结构、高性能的零 件。
实例1
(1)首先根据SLM制件经过热等静压后可能出现的变形情况，利用三 维造型软件(如UG、Pro/E等)设计出零件热等静压前的CAD三维模型， 然后由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到SLM 快速成形机。
(2)将SLM快速成形机的成形室抽真空。
(3)送粉机构在工作平台上平铺一层约为100μm厚的不锈钢粉末(粒 径约为20μm)。
(4)采用激光功率大于等于100W的半导体泵浦YAG激光器或光纤激 光器，激光光斑约为30μm，扫描速度约为200mm/s，扫描间距约为0.07mm， 对位于该层切片边界处约为3mm宽的金属粉末进行扫描，以熔化边界处的 粉末材料，其相对密度为95％左右；对于该层内部的金属粉末采用两种方式 进行处理，一种是不进行激光扫描，为未熔化的松装粉末，如附图2a)，另 一种是采用相同工艺参数的激光进行扫描成间距约为2mm的网状结构，如 附图2b)，内部的相对密度为60％左右。
(5)重复上述步骤(3)-(4)，直至制成具有一个整体的、相对密 度约为95％的封闭壳体且内部相对密度约为60％的SLM制件。
(6)无需包套封装，将SLM制件直接放入热等静压炉，抽空并洗炉， 采用同时升温和加压，升温速度约为10℃/min，升压速度约为11MPa/min， 设定成形温度约为1125℃，成形压力约为120MPa，保温、保压时间为225min 左右，在温度和压力同时作用下，SLM制件内部达到完全致密，最后得到力 学性能满足要求的完全致密的，且几何尺寸和形状基本符合要求的零件。
(7)最后，对近净成形得到的零件进行机加工，使零件几何尺寸和形 状完全满足要求。
实例2
(1)首先根据SLS制件经过热等静压后可能出现的变形情况，利用三 维造型软件(如UG、Pro/E等)设计出零件热等静压前的CAD三维模型， 然后由切片软件处理后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到SLS 快速成形机。
(2)将SLS快速成形机的成形室抽真空；。
(3)送粉机构在工作平台上平铺一层约为100μm厚的不锈钢粉末(粒 径约为20μm)。
(4)采用激光功率大于100W的CO2激光器，激光光斑约为60μm，扫 描速度约为100mm/s，扫描间距约为0.1mm，对位于该层切片边界处约为3mm 宽的不锈钢粉末进行扫描，以烧结边界处的粉末材料；对于该层内部粉末 材料采用两种方式进行处理，一种是不进行激光扫描，为未烧结的松装粉 末，如附图2a)，另一种是采用相同工艺参数的激光进行扫描成间距约为 2mm的网状结构，如附图2b)，内部的相对密度为50％左右；
(5)重复上述步骤(3)-(4)，直至制成具有一个整体的、相对密 度约为95％的封闭的壳体且内部相对密度约为50％的SLS制件。
(6)无需包套封装，将SLS制件直接放入热等静压炉，抽空并洗炉， 采用同时升温、加压方式，升温速度约为10℃/min，升压速度约为 12MPa/min，设定成形温度约为1125℃，成形压力约为150MPa，保温、保 压时间为300min左右，在温度和压力同时作用下，SLS制件内部达到完全 致密，最后得到力学性能满足要求的完全致密的，且几何尺寸和形状基本 符合要求的零件；
最后，对近净成形得到的零件进行机加工，使零件几何尺寸和形状完 全满足要求。
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