吹塑模具的大层厚增材制造生产方法与流程

本发明涉及增材制造领域，具体地涉及一种吹塑模具的大层厚增材制造生产方法。

背景技术：

1、在模具行业中，吹塑模具具有加工周期快(一般一模10-30s)，加工载荷小(仅为压缩空气压力，一般0.3-0.5mpa)，更新换代快等特点，所以在模具加工的门类中有着反应快，加工灵活，对成本极度敏感等独特的需求。

2、传统的模具加工方法，内部冷却水路使用深孔钻加工，只能加工笔直的水路，无法根据零件具体情况进行优化，使用时产品冷却周期长，影响最终加工效率。现有的增材制造方法，使用堆层加工方式，成型自由性好，但是模具加工效率低下，不能满足市场要求。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种吹塑模具的大层厚增材制造方法，使用壳芯结构，将零件分成表层区域内部高效率区域，打印时根据设定规则进行识别，并为不同的区域配置不同的层厚和加工参数，并在表层区域，使用100w-400w的激光功率，0.05-0.15的扫描间距，700-1200mm/s的扫描速度，0.03-0.1的层厚，进行精细加工，在内部区域高效率区域使用相应公式，计算得到大层厚加工工艺参数，进行快速加工。

2、具体地，本发明提供一种吹塑模具的大层厚高效率增材制造生产方法，其包括以下步骤：

3、s1、将零件分为外部表层区域和内部区域两部分；

4、s2、假设零件在x,y,z均为正值的坐标空间内，零件的表层区域厚度为w，零件表层区域打印层厚设为t，0.03＜t＜0.1，零件内部区域打印层厚为t，0.05＜t＜0.2，且t＜t；

5、s3、判断零件内任意一点为表层区域或者芯体，具体判断过程如下：

6、s31、对于零件内任意一点a0(x0,y0,z0),依次寻找a0上下方的一系列的点an1(x0,y0,z0+t*1)、an2(x0,y0,z0+t*2)、...anp(x0,y0,z0+t*p)和am1(x0,y0,z0-t*1)、am2(x0,y0,z0-t*2)、...amp(x0,y0,z0-t*p)，其中t*(p-1)＜w≤t*p，p为正整数；当上述一系列的点中有任意一个点在零件之外时，则a0为零件的表层区域；当上述一系列的点均在零件内部时，则进入步骤s32；

7、s32、以a0为圆心，在z＝z0的水平平面内，判断点集a’(x’,y’,z0),其中(x’-x0)2+(y’-y0)2≤w2，如果点集a’(x’,y’,z0)中的点有任意一个点在零件之外时，则a0为零件的表层区域；如果点集a’(x’,y’,z0)的点都在零件内部，则a0点为零件的内部区域。

8、s4、根据不同区域进行不同参数控制下的零件加工具体包括以下子步骤：

9、s41、零件加工数据处理时，设备从零件的最低点开始分层，自动排列所有需要加工的高度，从低到高记为c1、c2、c3、...cn、...，其中c1为零件的最低点z轴高度；

10、s42、当一段高度范围内，零件只有表层区域时，下一层的高度为上一层高度与零件表层区域打印厚度之和，即cn+1＝cn+t，并标记当前层为表层区域层；

11、s43、当一段高度内零件表层区域与内部区域共存时，从只有表层区域的最高一层cm开始，下一层ck+1的高度等于cm加t的整倍数，或cm加t的整倍数，且ck+1比上一层高的距离不大于表层区域打印厚度t，即ck+1＝cm+t*i或ck+1＝cm+t*j，且ck+1-ck≤t，ck+1＞ck；当ck+1＝cm+t*i时，标记当前层为表层区域层；当ck+1＝cm+t*i时，标记当前层为内部区域层；

12、s44、加工设备自动识别所有扫描高度，并调整每次扑粉厚度，第一层铺粉厚度t1＝c1，第二层铺粉t2＝c2-c1，第n层铺粉tn＝cn-cn-1；

13、s45、打印总高度为cp，当铺粉达到第p层，加工设备识别当前层为表层区域层或内部区域层，如果当前层为表层区域层，加工设备仅对这一高度的零件表层区域进行打印，如果当前层为内部区域层，加工设备仅对这一高度的零件内部区域进行打印。

14、优选地，步骤s45中对零件表层区域进行打印时，使用预设的表层区域加工参数对加工区域进行激光扫描，将金属粉末加热熔化成实体，加工使用的激光功率为100w-400w中的某一个预设的值p1，扫描间距为0.05-0.15mm中的某一个预设的值d1，扫描速度为700-1200mm/s中的某一个预设的值v1。

15、优选地，当对零件内部区域进行打印时，使用预设的内部区域加工参数对加工区域进行激光扫描，将金属粉末加热熔化成实体，加工使用的激光功率为p2＝(p1-170)/t*t+(170-200),使用的扫描间距为d2＝(d1-0.13)/t*t+(0.12-0.14)，扫描速度为v2＝p2/((p1/(v1*d1*t)-60*(t-t))*d2*t)。

16、优选地，如果某一层中既被标记为表层区域层，又被标记为内部区域层，即ch＝cm+t*i’＝cm+t*j’,即这一层中既存在表层区域也存在内部区域，则先使用表层区域加工参数对当前层中的表层区域机型加工扫描，然后再利用内部区域加工参数，对当前层中的内部区域进行加工扫描。

17、优选地，使用15-5ph不锈钢材料进行加工时，表层区域加工参数为层厚为0.05mm，激光功率为230w，扫描间距为0.12mm，扫描速度为900mm/s，内部区域的加工参数，层厚为0.25mm，激光功率为480w，扫描间距为0.09mm，扫描速度为697mm/s。

18、优选地，加工完成后，使用热处理工艺，在真空条件下加热到1000-1100，保温1-1.5h，然后使用50-80摄氏度的热水对加热零件进行快速冷却。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、(1)本方法将零件分成表层区域和内部高效率区域，为不同的区域配置不同的层厚和加工参数，并在表层区域，使用100w-400w的激光功率，0.05-0.15的扫描间距，700-1200mm/s的扫描速度，0.03-0.1的层厚，进行精细加工，在内部区域高效率区域使用参数计算公式，计算得到大层厚加工工艺参数，进行快速加工。

21、(2)本发明的内部区域能够快速完成打印，从而大幅度提高了整体打印的工作效率，表层区域进行精细打印，能够在节省打印时间、提高打印效率的基础上保证零件的质量。

22、(3)本发明在内部区域高效率区域使用独特的参数计算公式，能够快速计算出大层厚加工参数，在零件加工时不再需要人为进行设置，进一步提高了整体方法的加工功率。

23、(4)本发明提出了自动判断表层区域或内部区域的计算方法，实现了不同厚度表层区域的快速、准确判断，对不同层进行零件数据处理，采用不同打印参数进行打印，大幅度提高了工作效率。

技术特征：

1.一种吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：步骤s45中对零件表层区域进行打印时，使用预设的表层区域加工参数对加工区域进行激光扫描，将金属粉末加热熔化成实体，加工使用的激光功率为100w-400w中的某一个预设的值p1，扫描间距为0.05-0.15mm中的某一个预设的值d1，扫描速度为700-1200mm/s中的某一个预设的值v1。

3.根据权利要求2所述的吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：当对零件内部区域进行打印时，使用预设的内部区域加工参数对加工区域进行激光扫描，将金属粉末加热熔化成实体，加工使用的激光功率为p2＝(p1-170)/t*t+(170-200),使用的扫描间距为d2＝(d1-0.13)/t*t+(0.12-0.14)，扫描速度为v2＝p2/((p1/(v1*d1*t)-60*(t-t))*d2*t)。

4.根据权利要求1所述的吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：如果某一层中既被标记为表层区域层，又被标记为内部区域层，即ch＝cm+t*i’＝cm+t*j’,即该层中既存在表层区域也存在内部区域，则先使用表层区域加工参数对当前层中的表层区域机型加工扫描，然后再利用内部区域加工参数，对当前层中的内部区域进行加工扫描。

5.根据权利要求1所述的吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：使用15-5ph不锈钢材料进行加工时，表层区域加工参数为层厚为0.05mm，激光功率为230w，扫描间距为0.12mm，扫描速度为900mm/s，内部区域的加工参数，层厚为0.25mm，激光功率为480w，扫描间距为0.09mm，扫描速度为697mm/s。

6.根据权利要求1所述的吹塑模具的大层厚增材制造方法，其特征在于：加工完成后，使用热处理工艺，在真空条件下加热到1000-1100，保温1-1.5h，然后使用50-80摄氏度的热水对加热零件进行快速冷却。

技术总结
本发明一种吹塑模具的大层厚增材制造方法，其包括以下步骤：S1、将零件分为外部表层区域和内部区域两部分；S2、假设零件在x,y,z均为正值的坐标空间内，零件的表层区域厚度为W，零件表层区域打印层厚设为t，0.03＜t＜0.1，零件内部区域打印层厚为T，0.05＜T＜0.2，且t＜T；S3、判断零件内任意一点为表层区域或者内部区域；S4、根据不同区域进行不同参数控制下的零件加工。本方法将零件分成表层区域和内部高效率区域，为不同的区域配置不同的层厚和加工参数，在表层区域进行精细加工，在内部区域使用参数计算公式，计算得到大层厚加工工艺参数，进行快速加工，大幅度提高了加工效率并保证了加工质量。

技术研发人员：冯云龙,吴朋越,郭东海,陈新新,闻玉辉,王昌镇,吴震
受保护的技术使用者：北京易加三维科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13