一种用于激光选区熔化增材制造的组合基板的制作方法

本发明涉及激光选区熔化增材制造技术领域，特别涉及一种用于激光选区熔化增材制造的组合基板。

背景技术：

激光选区熔化增材制造技术，基于基板逐层成形制造复杂构件，在钛合金、高温合金等难加工金属复杂型腔、型面、薄壁、变截面构件整体制造方面具有独特优势。

目前，激光选区熔化增材制造均基于整体基板逐层成形制造构件。采用整体基板成形复杂金属构件，在单炉生产产品时，无法实现不同制度的热处理，无法对不同构件进行区别性的组织及性能检测，无法进行不同批次产品的同炉生产，降低了设备使用效率。此外，每炉产品成形后均需对整块金属基板进行线切割及铣削/磨削加工，加工量大，加工成本高，基板利用率相对较低，且每次激光选区熔化加工前需对基板进行重新调平，生产准备时间增加，生产效率下降。此外，如封闭内流道等特殊结构制品，由于结构的约束，使零件在加工完成后局部难以进行光整处理。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种用于激光选区熔化增材制造的组合基板，该组合基板可以实现同炉激光选区熔化产品的分批热处理、分批组织性能检测，提高基板的利用率，并能有效提高基板的拆装效率，降低加工时间和成本，而且可以在制造过程中对封闭内流道等特殊结构进行实时光整处理。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种用于激光选区熔化增材制造的组合基板，包括主基板和N块成形基板，其中：主基板安装在激光选区熔化设备上并进行调平处理，之后将N块成形基板安装在所述主基板上进行产品成形制造；在制造过程中，如果对产品进行检查或处理，则将相应的成形基板从主基板上拆卸取出，并在完成产品检查或处理后，再将所述成形基板安装在主基板上进行后续成形制造；在完成产品成形制造后，将N块成形基板从主基板上拆卸取出；其中，N为正整数。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，产品成形制造完成后，将各成形基板从主基板上拆卸取出，然后根据各产品设定的热处理和组织性能检测需求，对相应的成形基板和成形产品进行热处理和组织性能检测。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，在进行产品分离时，采用线切割工艺将产品和成形基板进行分离，然后对各成形基板进行独立的平整处理；平整处理后的成形基板安装在主基板上，进行后续产品的成形制造。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，根据激光选区熔化设备的成形腔尺寸确定主基板的幅面尺寸，且所述主基板幅面尺寸的加工公差为-0.5mm～0mm。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，主基板的厚度为20mm～40mm。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，成形基板和主基板的上下表面平面度均小于或等于0.01mm，且成形基板的上下表面间的平行度小于或等于0.01mm，主基板的上下表面间的平行度也小于或等于0.01mm。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，在主基板上均匀布设螺纹孔，用于安装N块成形基板。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，在主基板上布设6行6列安装孔，即共计36个安装孔；其中：在每行安装孔中，相邻安装孔的中心间距Δl＝L/6；在每列安装孔中，相邻安装孔的中心间距Δb＝B/6；L为主基板的长度，B为主基板的宽度；利用所述36个安装孔能够在主基板上安装三种规格尺寸的成形基板，其中，所述三种规格尺寸的成形基板的长度L’和宽度B’满足如下条件：

第一种成形基板：L/2<L’≤L，B/2<B’≤B；

第二种成形基板：L/3<L’≤L/2，B/3<B’≤B/2；

第三种成形基板：Δl+d<L’≤L/3，Δb+d<B’≤B/3；d为成形基板上表面安装孔直径。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，在成形基板上开设沉头通孔，通过安装螺钉将成形基板固定在主基板上；其中，所述沉头通孔的沉头深度为15mm～25mm。

上述的用于激光选区熔化增材制造的组合基板，主基板的材料为45钢或碳素工具钢。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明的组合基板包括主基板和成形基板，其中，主基板作为支撑板安装在成形设备上，而用于产品成形制造的成形基板以可拆卸方式安装在主基板上，这种组合基板便于将成形基板和产品从主基板上取下，因此可以在制造过程中对封闭内流道等特殊结构进行实时光整处理，并无需进行基板重新调平，大大减少了生产准备时间，提高了生产效率并降低了加工成本；

(2)、本发明在成形基板上进行产品成形制造，制造完成后可以将各成形基板上从主基板上拆卸下来，从而实现各产品之间的分离，并根据热处理和检测需求，对各产品进行独立处理，因此本发明的组合基板可以实现不同制度的热处理、区别性的组织及性能检测，实现不同批次产品的同炉生产。

(3)、本发明在各成形基板上进行产品成形制造，在线切割分离产品和成形基板后，仅对各产品对应的成形基板进行铣平和磨平处理，避免了整体基板的大幅面平整处理，大幅减少平整加工量及加工成本，同时根据产品最大截面尺寸选择成形基板的幅面尺寸也使得基板的有效利用率得到大幅提高。

附图说明

图1a为本发明用于激光选区熔化增材制造的组合基板安装结构示意图；

图1b为本发明用于激光选区熔化增材制造的组合基板安装结构侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供了一种用于激光选区熔化增材制造的组合基板，用于替代传统的整体基板，便于在成形制造过程中对产品进行独立的处理，并可在成形后对各产品进行分离。

如图1a和1b所示，本发明的用于激光选区熔化增材制造的组合基板包括主基板和N块成形基板，图中主基板的长度、宽度、厚度分别标示为L、B、H，成形基板的长度、宽度、厚度分别标示为L’、B’、h。其中：主基板安装在激光选区熔化设备上并进行调平处理，之后将N块成形基板安装在所述主基板上进行产品成形制造；在制造过程中，如果需要对产品进行检查或处理，则将相应的成形基板从主基板上拆卸取出，并在完成产品检查或处理后，再将所述成形基板安装在主基板上进行后续成形制造；在完成产品成形制造后，将N块成形基板从主基板上拆卸取出；其中，N为正整数。

传统的整体基板在成形封闭内流道等特殊结构时，为了对内流道等结构进行光整处理，需要将整体基板从成形设备上取下，并在完成光整处理后将安装回成形设备上，并且需要对基板重新进行调平处理，这样就大幅增加了生产准备时间。而且由于所有产品都在同一块基板进行成形制造，因此，其中一个产品需要单独处理，则需将整个基板取下，从而降低了生产效率。而本发明的组合基板是在各成形基板上进行产品成形，而各成形基板可以根据需求从主基板上拆卸并安装，适用于各产品的单独处理，而且由于主基板在生成过程没有发生拆卸，因此不需要再次进行调平处理，从而大大降低了生产准备时间，提高了生产效率。

另外，传统整体基板不能对产品进行区别性热处理和组织性能检测的问题，不支持在单炉中成形制造不同需求的产品。而本发明的组合基板，可以在产品成形制造完成后，将各成形基板从主基板上拆卸取出，从而实现产品之间的分离，然后根据各产品设定的热处理和组织性能检测需求，对相应的成形基板和成形产品进行热处理和组织性能检测。因此采用本发明的组合基板可以将不同需求的产品在单炉中生产，从而有效利用了成形设备的成形空间，提高了设备的使用效率。

此外，由于传统方法将单个产品或多个产品在整体基板上成形，在线切割分离产品和基板后，为了确保基板的平面度，需要对整体基板的整个幅面进行铣平和磨平处理。而本发明在各成形基板上进行产品成形制造，在分离过程中，仅对各产品对应的成形基板进行平整处理，因此可以大幅降低平整加工量，节省了生产时间及成本。

在本发明的组合基板加工过程中，可以根据激光选区熔化设备的成形腔尺寸确定主基板的幅面尺寸，加工公差为-0.5mm～0mm。另外为了保证主基板的刚度与强度，该主基板的厚度设计为20mm～40mm。为了确保成形基板和主基板之间的无调平安装，需要对各基板进行如下限制：成形基板和主基板的上下表面平面度均小于或等于0.01mm，成形基板的上下表面间的平行度小于或等于0.01mm，主基板的上下表面间的平行度也小于或等于0.01mm。

在主基板和成形基板之间可以采用螺钉进行固定连接和拆卸。为了在主基板上进行多个成形基板的可选择性安装，可以在主基板上均匀布设螺纹孔，作为多个成形基板的预备安装孔。本发明给出了一种6×6的安装方案，可以支持三种尺寸规格的成形基板的多种安装需求，具体方案如下：

在主基板上布设6行6列安装孔，即共计36个安装孔；其中：在每行安装孔中，相邻安装孔的中心间距Δl＝L/6；在每列安装孔中，相邻安装孔的中心间距Δb＝B/6；L为主基板的长度，B为主基板的宽度；利用这36个安装孔能够在主基板上安装三种规格尺寸的成形基板，其中，所述三种规格尺寸的成形基板的长度L’和宽度B’满足如下条件：

第一种成形基板：L/2<L^’≤L，B/2<B’≤B；

第二种成形基板：L/3<L’≤L/2，B/3<B’≤B/2；

第三种成形基板：Δl+d<L’≤L/3，Δb+d<B’≤B/3；d为成形基板上表面安装孔直径。

在主基板上安装成形基板时，为了便于成形基板的重复使用，在成形基板上开设沉头通孔，通过安装螺钉将成形基板固定在主基板上；其中，该沉头通孔的沉头深度为15mm～25mm，可以在保证成形基板强度的条件下，尽可能增加其使用次数。

本发明对主基板和成形基板的材料及技术条件限定如下：主基板采用45钢或碳素工具钢，设计其上下表面粗糙度为Ra0.8～Ra1.6、其余表面粗糙度为Ra1.6～Ra3.2；成形基板采用与成形零件相近或一致的材料，设计其上下表面粗糙度为Ra0.8～Ra1.6、其余表面粗糙度为Ra1.6～Ra3.2；主基板和成形基板机加工前进行调质处理，磨削加工前进行去应力退火处理。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。