一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法 |
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| 申请号 | CN202410130298.1 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN117961092A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 西安增材制造国家研究院有限公司; | 发明人 | 卢秉恒; 项博涛; 穆敏强; 方学应; 胡含含; 赵应恒; 党耀杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供的一种激光选区 熔化 改善悬垂圆孔 翘曲 变形 的方法，包括以下步骤：步骤1，选取与基体材料相同 金属粉末 ，并将该金属粉末进行 真空 干燥，得到干燥后的金属粉末；步骤2，在待打印悬垂圆孔的上半圆 位置 处标记成形面，且在该成形面处添加增量；步骤3，将步骤1中得到的干燥后的金属粉末添加至SLM设备中，利用SLM设备对步骤2中得到的模型进行打印，得到悬垂圆孔；本发明能够达到不添加 支撑 打印成型以及减少后处理过程的目的，有效地改善了悬垂圆孔翘曲变形的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法技术领域背景技术[0002] 激光选区熔化技术作为近年来获得广泛关注与快速发展的主流增材制造技术，具有成形精度高、组织致密、工序简单等特点，被认为是制造技术领域的又一次重大突破。SLM技术基于完全熔化机制，理论上可以成形任意复杂金属零件。但在实际加工中，SLM技术目前尚不能高质量的成形具有悬垂特征的零件，且存在表面粗糙度高、易于产生翘曲变形等问题。 [0003] 为了改善悬垂表面的成形质量，一些研究人员采用辅助支撑技术，通过添加支撑保障成形过程的稳定，后续需采用去除支撑、表面打磨或者机加工的方式进行保证悬垂面的形状。然而，对于复杂悬垂结构及内腔悬垂结构，支撑在内部往往难以去除，采用无支撑方式进行打印更有优势。 [0004] 悬垂面难以成形，从微观上来看，是在光斑扫描悬垂表面位置时，成形面的下表面是粉层而非金属实体，从而产生区别于实体结构的热传导、微熔粘附行为等。由于在悬垂面打印时，激光直接作用在粉层上，会在扫描时产生当前层未熔合，熔池的熔深穿透至粉层发生金属粉末粘连，导致翘曲行为的发生。 [0005] 综合分析，激光选区熔化打印悬垂面时会产生翘曲，且在一些内腔结构无法去除支撑，从而需要一种改善悬垂面翘曲变形的方法。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，解决了现有的激光选区熔化打印悬垂面时存在的产生翘曲、表面粗糙度高以及质量差的缺陷。 [0007] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是： [0008] 本发明提供的一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，包括以下步骤： [0009] 步骤1，选取与基体材料相同金属粉末，并将该金属粉末进行真空干燥，得到干燥后的金属粉末； [0010] 步骤2，在待打印悬垂圆孔的上半圆位置处标记成形面，且在该成形面处添加增量； [0011] 步骤3，将步骤1中得到的干燥后的金属粉末添加至SLM设备中，利用SLM设备对步骤2中得到的模型进行打印，得到悬垂圆孔。 [0013] 优选地，步骤1中，将该金属粉末在真空干燥箱内以80℃温度进行烘干2h。 [0014] 优选地，步骤2中，在待打印悬垂圆孔的上半圆位置处标记成形面，具体方法是： [0016] 在该模型的上半圆位置处标记45°‑75°的成形面。 [0017] 优选地，步骤3中，当基材为TC4时，SLM设备的工艺参数是： [0018] 激光功率280W‑340W、扫描速度800mm/s‑1400mm/s、扫描间距0.08mm‑0.12mm、条带宽度4mm‑10mm。 [0019] 优选地，步骤3中，当基材为TC4时，SLM设备的工艺参数是： [0020] 激光功率320W、扫描速度1250mm/s、扫描间距0.12mm、条带宽度5mm。 [0021] 优选地，步骤3中，当基材为I N718时，SLM设备的工艺参数是： [0022] 激光功率220W‑320W、扫描速度800mm/s‑1400mm/s、扫描间距0.08mm‑0.12mm、条带宽度4mm‑10mm。 [0023] 优选地，步骤3中，当基材为I N718时，SLM设备的工艺参数是： [0024] 激光功率280W、扫描速度1050mm/s、扫描间距0.11mm、条带宽度10mm。 [0025] 优选地，步骤3中，当基材为A l Si 10Mg时，SLM设备的工艺参数是： [0026] 激光功率280W‑380W、扫描速度800mm/s‑1800mm/s、扫描间距0.10mm‑0.18mm、条带宽度4mm‑10mm。 [0027] 优选地，步骤3中，当基材为A l Si 10Mg时，SLM设备的工艺参数是： [0028] 激光功率370W、扫描速度1400mm/s、扫描间距0.14mm、条带宽度10mm。 [0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0030] 本发明提供的一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，通过在待打印悬垂圆孔的上半圆位置处标记成形面，且在该成形面处添加增量，以达到不添加支撑打印成型以及减少后处理过程的目的，有效地改善了悬垂圆孔翘曲变形的问题，该方法具有工艺简单方便、实用性强、无需添加支撑、便于推广应用等特点。附图说明 [0031] 图1为模型正视图； [0032] 图2为模型俯视图； [0033] 图3为模型左视45°图； [0034] 图4为未添加余量实物打印图； [0035] 图5为添加打印余量实物打印图。 具体实施方式[0036] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。 [0037] 实施例1 [0038] 本实施例提供的一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，包括以下步骤： [0039] 步骤1，选取与基体材料相同的粒径为15‑53um的金属粉末，并将该金属粉末进行真空干燥，得到干燥后的金属粉末； [0040] 步骤2，将待打印悬垂圆孔的原始模型进行预处理，得到预处理后的模型；预处理的具体方法是： [0041] 采用Magics软件在竖向布置的待打印悬垂圆孔的上半圆位置处标记45°‑75°的成形面，且在该成形面处添加增量； [0042] 步骤3，将步骤1中得到的干燥后的金属粉末添加至SLM设备中，利用SLM设备对步骤2中得到的预处理的模型进行打印，得到悬垂圆孔。 [0043] 实施例2 [0044] 在实施例1的基础上，本实施例提供的一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，步骤1中，真空干燥的工艺条件是： [0045] 在真空干燥箱内以60℃‑120℃温度进行烘干1‑4h。 [0046] 优选地，在真空干燥箱内以80℃温度进行烘干2h。 [0047] 步骤3中， [0048] 当基材为TC4时，SLM设备的工艺参数是：激光功率280W‑340W，扫描速度800mm/s‑1400mm/s，扫描间距0.08mm‑0.12mm，条带宽度4mm‑10mm，打印层厚60um。 [0049] 优选地，激光功率320W，扫描速度1250mm/s，扫描间距0.12mm，条带宽度5mm，打印层厚60um。 [0050] 当基材为I N718时，SLM设备的工艺参数是：激光功率220W‑320W，扫描速度800mm/s‑1400mm/s，扫描间距0.08mm‑0.12mm，条带宽度4mm‑10mm，打印层厚40um。 [0051] 优选地，激光功率280W，扫描速度1050mm/s，扫描间距0.11mm，条带宽度10mm，打印层厚40um。 [0052] 当基材为A l Si 10Mg时，SLM设备的工艺参数是：激光功率280W‑380W，扫描速度800mm/s‑1800mm/s，扫描间距0.10mm‑0.18mm，条带宽度4mm‑10mm，打印层厚30um。 [0053] 优选地，激光功率370W，扫描速度1400mm/s，扫描间距0.14mm，条带宽度10mm，打印层厚30um。 [0054] 实施例3 [0055] 在实施例1的基础上，本实施例提供的一种激光选区熔化改善悬垂圆孔翘曲变形的方法，进行直径为Φ11‑13mm厚度5mm悬垂圆孔，进行圆孔上沿添加增量来补偿翘曲变形产生的缺陷，圆孔塌陷部位尺寸可达到与原尺寸相接近。(即：满足GB/T 6414‑2017，GCTG2公差等级)。 [0056] 具体步骤： [0057] 步骤1，将粒径为15‑53um的金属粉末放入真空干燥箱，80℃条件下烘干2h； [0058] 步骤2，采用Magi cs软件对原始模型进行预处理，需要在直径为Φ11‑13mm悬垂圆孔的上圆标记出75°成形面，并在此成形面添加增量； [0059] 步骤3，将粒径为15um的球形金属粉末添加至SLM设备中，并将预处理的模型切片成对应的切片厚度后，将切片完成的打印程序放入设备进行打印。 [0060] 本发明能够获得测量尺寸与原尺寸相差不大且不存在翘曲变形缺陷的直径为Φ11‑13mm厚度为5mm的悬垂圆孔，具有工艺简单方便、实用性强、无需添加支撑、便于推广应用等特点。 [0061] 在45°‑75°成形面处添加增量之后，可以做到补缺打印成型缺口，并在一定程度上能预防变形，因为打印是不采用支撑，所以添加增量之后可以更早的介入粉末的热传导，可以提前进行抵消热传导导致的翘曲变形，这样就不会导致需要的尺寸的零件发生翘曲变形导致尺寸不够的情况，也可预防翘曲变形导致的缺损现象。 [0062] 实施例4： [0063] 基材TC4同打印粉末TC4(质量分数):4.16V,6.43A l,0.053Fe,0.082O,0.015N,0.012C,余量T i。 [0064] 具体工艺步骤： [0065] 步骤1，使用Magi cs软件做出厚度5mm，直径为Φ11‑13mm悬垂圆孔模型；做出模型对其进行预处理，使用支撑区域标记模块，选出成形小于75°面的区域，只选出悬垂圆孔部分区域，并使用偏移模块，相对于模型向外添加增量0.075mm(如图1、图2、图3)； [0066] 步骤2，采用EOS 400‑SLM设备进行对预处理的模型打印；工艺参数： [0067] 激光功率320W，扫描速度1250mm/s，扫描间距0.12mm，条带宽度5mm，打印层厚60um； [0068] 步骤3，圆孔塌陷部位尺寸可达到与原尺寸相差0.08mm，即：圆度为0.08mm，满足GB/T 6414‑2017，GCTG2公差等级。 [0069] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。 |
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