一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法与流程

文档序号:11909599阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法,其特征在于,该制备方法包括如下步骤:

1)根据金属件内部网状结构的要求,定义其网状内结构的形状因子,其中对于实体形状因子,三维规则形状为3、二维规则形状为2、一维规则形状为1,完全无规则形状为0,对于孔洞形状因子,三维规则形状为-3、二维规则形状为-2、一维规则形状为-1,完全无规则形状亦为0;

2)根据金属件内部网状结构的要求,确定网状结构的结构参数,该结构参数包括:网格填充参数、单位面积上的网格线密度、单位长度上的网格线条数、金属件内部网状规则区域尺寸、规则区域边界尺寸,其中,金属件内部网状规则区域尺寸以单位面积上的格点数表示,规则区域边界尺寸以单位长度上的格点数表示;

3)根据金属件内部网状结构的结构参数要求,确定优化网状内结构的方法,该方法包括空间位置填补法、轴对称填补法、旋转对称填补法、正应力方向填补法中的任一种方法;所述的实体形状因子取正数,孔洞形状因子取负数;

4)在计算机上利用CAD三维制图软件对金属件的STL三维模型进行切片分层处理,将金属件内部网状结构及网状结构的参数输入至计算机中,层厚为0.3-3mm;计算机控制系统控制3D打印机的喷头在X、Y、Z三轴上运动,运动轨迹与每个切片分层图形一致;在读入数据时,同时读入网格填充参数和孔洞形状因子两类数据;求出X、Y方向网格线数和孔洞线数;其中X网格线数从1到X,步长为1;X’孔洞线数从1到X’,步长为1;Y方向的网格线与X方向同样处理,Y’方向的孔洞线与X’方向同样处理,完成第一层扫描得到轮廓线之后,在对第一层的填充线进行扫描;直到完成所有切片分层的扫描;

5)将金属粉末进行充分均匀混合,并将混合后的粉末放置在100-200℃的烘干箱中进行烘干1-1.5h处理;将烘干处理后的复合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用;计算机控制系统控制3D打印机送粉器喷头的送粉速率和送粉量、启动激光器和惰性气体保护气体供气装置,对该步骤中的逐层切片分层进行激光选区熔化、激光选区烧结及激光熔覆沉积成形,形成具有网状内结构的金属成形件;

6)对上述步骤5)中的金属成形件进行无损检测,其中该无损检测的方法包括:扫描路径下成形材料熔化与凝固时的物理性状观察;扫描过程中温度场和残余应力场的三维分析与显示;金属粉末熔化与凝固过程仿真,以及预测成形件的机械性能;成形件机械性能综合检测,同时与仿真结果进行对比;

7)完成上述步骤6)后,对金属成形件进行后处理得到最终金属成形件,根据金属件设计要求,该后处理包括内部的微结构精细清理、内部的微结构进行化学热处理、物理热处理和喷砂处理四种处理方式中的一种或者组合;其中,在内部的微结构进行化学热处理时,将金属成形件置于PH=6.1-6.9的酸性环境中进行加热,加热温度为200-400℃,加热时间为1-2h,使得内部微结构的孔洞表面形成的薄氧化膜去除厚度为2-3μm;在进行物理热处理时,将金属成形件置于真空环境中加热,加热温度为500-650℃,加热时间为2-4h;在进行喷砂处理时,使金属成形件的精度和表面粗糙度达到设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法,其特征在于:上述步骤5)中采用的激光器类型为二氧化碳激光器或者光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法,其特征在于:所述的步骤5)中的金属粉末为Fe、Ni、Co、Zn、Al、Cr、Ti中的一种或者组合。

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