一种3D打印设备工艺参数调试方法与流程

本发明涉及3d打印技术领域，尤其涉及一种3d打印设备工艺参数调试方法。

背景技术：

目前，工业级金属3d打印设备通过工艺参数的设定保证粉末材料的成型效果，打印不同的金属粉末材料需使用不同的工艺参数(激光功率、铺粉层厚、扫描速度、轮廓偏置等)。针对同一种粉末材料，不同的设备使用的工艺参数不相同。同一厂家的相同设备，同一种材料的工艺参数亦会因机械结构、光路系统及气氛保护系统的差异而产生区别。因此，一种粉末材料的工艺参数受各种因素影响，是可变的。如盲目进行工艺参数的探索，将增加设备的使用成本及人工成本。

由此可见，一种通用的3d打印材料工艺参数调试方法是解决当前粉末材料问题的有效方法，是金属粉末材料投入生产前必需经历的一环。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种3d打印设备工艺参数调试方法，所述方法能够适用于任何一种金属3d打印材料的参数调试，不仅得到的参数合理可靠，而且缩短了工艺参数的调试时间，降低了原材料的损耗。

一方面，本发明提供一种3d打印设备工艺参数调试方法，其特征在于，步骤包括：

s1、将选定的粉末铺至基板，并进行预热；

s2、确定填充工艺参数；

s3、确定轮廓扫描参数；

s4、确定支撑参数及下表面参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2的具体步骤包括：

s21、进行单道试验，确定激光功率及激光扫描速度的第一级选择范围；

s22、以第一级选择范围内的扫描速度为定量，依次测量不同激光功率下打印线的宽度及深度，将打印线宽度、深度均增长的情况对应的激光扫描速度和激光功率的组合数据提取出来，作为激光功率和激光扫描速度的第二级选择范围；

s23、在激光功率和激光扫描速度的第二级选择范围的基础上进行单层扫描实验，确定激光扫描间距的选择范围值；

s24、在s23的基础上进行块体打印试验，确定层厚的选择范围值；

s25、对打印的块体进行相对致密度测量，选择相对致密度符合要求的块体所对应的激光功率-激光扫描速度-激光扫描间距-层厚的组合作为此粉末材料的填充参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3的具体内容包括：进行块体打印实验，选择表面粗糙度符合要求的块体对应的外圈轮廓偏置距离、轮廓扫描功率及轮廓扫描速度的数据作为轮廓扫描参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4的具体步骤包括：

s41、确定支撑参数和下表面参数的初级选择范围进行实体零件的打印，所述实体零件为需要添加支撑且存在斜面的实体零件；

s42、根据打印效果提取出支撑参数和下表面参数的最终参数值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述支撑参数包括支撑扫描功率和支撑扫描速度；所述下表面参数包括下表面扫描功率和下表面扫描速度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s42中，选择粗糙度符合要求的下表面所对应的参数值作为最终的下表面参数值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s42中，在保证所述实体零件的打印质量的前提下，选择容易去除所述支撑的实体零件所对应的参数值作为最终的支撑参数值。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：该工艺参数调试方法适用于任何一种金属3d打印材料，不仅得到的参数合理可靠，而且缩短了工艺参数的调试时间，降低了原材料的损耗。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的3d打印设备工艺参数调试方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提供的支撑参数及下表面参数调试模型示意图。

其中，

基板-1，支撑-2，实体零件-3，下表面-4。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

一种3d打印设备工艺参数调试方法，如图1所示的工艺参数调试方法的流程，具体步骤包括：

s1、选定粉末，调试前对粉末进行烘干和筛选，保证粉末干燥性及流动性；

s2、粉末均匀铺至基板1上，并对基板1进行预热，保证激光的初始烧结效果；

s3、确定填充工艺参数，使装备可打印成件，机械强度达到锻件水平，步骤包括：

①进行单道试验，确定激光功率及激光扫描速度的选择范围值。在所述激光功率选择范围内以等差值ca的递进方式设置na个参数点值，在所述扫描速度选择范围内以等差值cb的递进方式设置nb个参数点。两者之间按照正交方式进行组合，按照组合的次序依次在基板1上打印线。激光功率选择范围为150w-400w，等差值ca为10w；扫描速度选择范围为500m/s-2000m/s，等差值cb为100m/s。例如，激光功率在150-400w范围内以等差值10w的递进方式设置26个参数点值，扫描速度在500-2000m/s范围内以等差值100m/s的递进方式设置16个参数点。两者之间按照正交方式进行组合，按照组合的次序依次在基板上打印线。

②观察基板1，选出其中完整的打印线，将对应的组合提取出来。

③以每个扫描速度为定量，依次测量不同激光功率下打印线的宽度及深度。为避免激光能量的浪费，当打印线宽度显著大于光斑直径，而深度增长趋缓时，将出现此情况的最小功率值以后的组合全部略去，选择出现此情况以前的功率与扫描速度组合。选择打印线宽度、深度均增长的激光扫描功率与扫描速度组合，可充分利用激光能量，保证粉末的成型效果。

④进行单层扫描实验，确定激光扫描间距的选择范围值。在所述激光扫描间距的选择范围内以等差值cc的递进方式设置nc个参数点值，与上述激光功率-扫描速度组合进行正交组合，按照组合次序在基板1上打印面。扫描间距的选择范围是1mm-20mm，等差值cc为1mm。例如，激光扫描间距在1mm-20mm选择范围内以等差值1mm的递进方式设置20个参数点值，与上述激光功率-扫描速度组合进行正交组合，按照组合次序在基板上打印面。

⑤观察打印表面情况，选择表面平整、光滑的打印数据组合。

⑥进行块体打印试验，确定层厚的选择范围值。在所述层厚的选择范围内以等差值cd的递进方式设置nd个参数点值，与上述激光功率-扫描速度-扫描间距组合进行正交组合，按照组合次序在基板上打印一定尺寸的长方体。层厚的选择范围是0.02mm-0.2mm，等差值cd为0.01mm。例如，层厚在0.02-0.2mm内以等差值0.01mm的递进方式设置19个参数点值，与上述激光功率-扫描速度-扫描间距组合进行正交组合，按照组合次序在基板上打印尺寸为10mm×10mm×20mm的长方体。

⑦将块体切割下来，进行相对致密度测量。选择相对致密度最高的块体代表的激光功率-扫描速度-扫描间距-层厚组合作为此粉末材料的填充参数。

s4、确定轮廓扫描参数，保证零件外表面的粗糙度。

具体为，进行块体打印试验，确定轮廓扫描参数，即外圈轮廓偏置距离、轮廓扫描功率及轮廓扫描速度的选择范围值。在所述外轮廓偏置距离的选择范围内以等差值ce的递进方式设置ne个参数点值，在所述轮廓扫描功率范围内以等差值范围内，以等差值cf的递进方式设置nf个参数点值，在所述偏置扫描速度的选择范围内以等差值cg的递增形式设置ng个参数点值。将三组数据进行正交组合，进行块体打印试验。观察块体侧面的表面质量，测量表面粗糙度，选择表面粗糙度最好的那组数据作为轮廓扫描参数。外圈轮廓偏置距离的选择范围是0.01mm-0.1mm，外圈轮廓偏置距离的等差值ce为0.01mm；轮廓扫描功率的选择范围是80w-200w，轮廓扫描功率的等差值cf为10w；轮廓扫描速度的选择范围是500m/s-1500m/s，轮廓扫描速度的等差值cg为100m/s。例如，轮廓偏置距离在0.01mm-0.1mm范围内以等差值0.01mm的递进方式设置10个参数点值，轮廓扫描功率在80w-200w范围内以等差值10w的递进方式设置13个参数点值，偏置扫描速度在500m/s-1500m/s范围内以等差值100m/s的递增形式设置11个参数点值；将三组数据进行正交组合，进行块体打印试验。观察块体侧面的表面质量，测量表面粗糙度，选择表面粗糙度最好的那组数据作为轮廓扫描参数。

s5、确定支撑及下表面参数，保证非连接(与基板)下表面的成型效果，不会因内应力过大而产生卷曲变形。下表面指实体零件3的下表面4，如图2所示。

①选用需添加支撑2及存在斜面的实体零件进行打印试验，确定支撑扫描功率、支撑扫描速度，及下表面扫描功率、下表面扫描速度。在所述支撑扫描功率的选择范围内以等差值ch的递进方式设置nh个参数点值，在所述支撑扫描速度的选择范围内以等差值ci的递进方式设置ni个参数点值，在所述下表面扫描功率的选择范围内以等差值cj的递进方式设置nj个参数点值，在所述下表面扫描速度的选择范围内以等差值ck的递进方式设置nk个参数点值。支撑参数及下表面参数分别按照正交形式组合，进行打印试验。支撑扫描功率的选择范围是100w-200w，支撑扫描功率的等差值ch为10w；支撑扫描速度的选择范围是100m/s-2000m/s，支撑扫描速度的等差值ci为100m/s；下表面扫描功率的选择范围是100w-200w，下表面扫描功率的等差值cj为10w；下表面扫描速度的选择范围是500m/s-2500m/s，下表面扫描速度的等差值ck为100m/s。例如，支撑扫描功率在100w-200w范围内以等差值10w的递进方式设置10个参数点值，支撑扫描速度在100m/s-2000m/s范围内以等差值100m/s的递进方式设置20个参数点值，下表面扫描功率在100w-200w范围内以等差值10w的递进方式设置20个参数点值，表面扫描速度在500m/s-2500m/s范围内以等差值100m/s的递进方式设置21个参数点值。支撑参数及下表面参数分别按照正交形式组合，进行打印试验。

②打印过程中，如打印平面在近斜面处产生变形而使刮刀发生卡顿现象，则此下表面参数组合废除，另换一组继续打印，直至打印平面不再卡刀。在此基础上，观察下表面的成型质量，选择表面粗糙度最好的那组参数作为下表面参数。

③打印过程中，观察支撑的打印情况。如出现支撑没有打印好的情况，则换参数重新打印。打印完成后，在保证零件质量的情况下，检查去除支撑的容易程度，选择最容易去除支撑且保证零件质量的参数作为支撑参数。

通过此方法调试出的tc4工艺参数可较好完成各种复杂结构零件的加工需求。

本发明专利以传统3d打印材料工艺参数调试方法为基础，将多变量调试过程逐步分解为少变量、多层次的调试过程，思路清晰、简单易懂，有利于各种粉末材料的生产前调试；在传统调试方法的基础上，增加了轮廓参数、支撑参数及下表面参数的调试方法，进一步完善了调试体系，使金属材料的工艺参数更加完备，加工性能更好；可应用于各种适用于slm技术的金属粉末材料，使用面广，成功率高。

以上对本申请实施例所提供的一种3d打印设备工艺参数调试方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。