一種無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬構(gòu)件的快速成型技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)于金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件主要采用沖壓變形成型法、熔模鑄造法，沖壓變形成型法后續(xù)需通過焊接連接，容易存在焊縫缺陷，成型質(zhì)量低，且成型的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單一。
[0003]本發(fā)明的目的是為克服傳統(tǒng)制造方法制備金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的不足，而提供一種利用激光選區(qū)熔化成型方法，通過計(jì)算機(jī)的編程控制在基板表面直接成型金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件。該方法可以克服傳統(tǒng)加工的減材制造對(duì)原材料的大量浪費(fèi)，同時(shí)具有快速成型，細(xì)化晶粒，組織均勻無缺陷，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，易加工復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件等諸多優(yōu)異特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種工藝簡(jiǎn)單可控、產(chǎn)品性能優(yōu)異的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的激光選區(qū)熔化成形方法。采用該方法成形的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件整體無焊縫，結(jié)構(gòu)均勻完整，能夠根據(jù)需求任意調(diào)整點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；不僅解決了采用傳統(tǒng)成型工藝制備的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)普遍存在的焊縫的缺陷，而且克服了采用傳統(tǒng)成型工藝制備的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)品質(zhì)量低的技術(shù)瓶頸，具有顯著的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其包括如下步驟:
[0007]S1、利用三維建模軟件建立無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的三維實(shí)體模型；
[0008]S2、將所述三維實(shí)體模型導(dǎo)入切片軟件中，對(duì)所述三維實(shí)體模型進(jìn)行切片處理，得到無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件每層切片的截面信息，并根據(jù)所述截面信息自動(dòng)規(guī)劃掃描路徑；
[0009]S3、將基板和金屬粉末在惰性氣氛的保護(hù)下，在基板上按照切片的第一層信息對(duì)金屬粉末進(jìn)行激光掃描熔化成型；
[0010]S4、在形成后的切片第一層的表面進(jìn)行下一層進(jìn)行激光掃描熔化成型；
[0011]S5、重復(fù)S4的過程，直至加工結(jié)束后，除去未經(jīng)激光熔化成型的金屬粉末，將無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件與基板分離；
[0012]所述截面信息包括截面的形狀和尺寸。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的材質(zhì)為鈦合金或不銹鋼。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述三維建模軟件為Pro/E軟件、Magics軟件或3_matic軟件。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述切片軟件為Magics軟件.
[0016]作為優(yōu)選方案，所述金屬粉末的粒度為20?50 μπι。
[0017]作為優(yōu)選方案，所述的基板的材質(zhì)與所選擇的金屬粉末的材質(zhì)相同。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述激光掃描熔化成型中的激光輸出功率300?500W，光斑直徑
0.1?0.2mm，掃描速度500?1000mm/min，搭接率10?30%。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述惰性氣氛為純度不低于99.999%的高純氬，氬氣的氣流量為5L/min。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0021]1、本發(fā)明采用激光選區(qū)熔化成型技術(shù)快速制備整體無焊縫的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件，不僅解決了采用傳統(tǒng)成型工藝制備的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件普遍存在焊縫缺陷，而且而且克服了采用傳統(tǒng)成型工藝制備的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)品質(zhì)量低的技術(shù)瓶頸，最終得到一種整體無焊縫、結(jié)構(gòu)均勻完整、綜合性能高的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件。
[0022]2、本發(fā)明無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整；本發(fā)明首先在三維建模軟件中通過對(duì)所需成型的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的外形、尺寸以及點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整，然后通過對(duì)金屬粉末材質(zhì)的選取，并且通過控制激光選區(qū)熔化成型的工藝參數(shù)，最終制備得到產(chǎn)品性能優(yōu)異、能夠根據(jù)需求任意調(diào)整點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件。
[0023]3、本發(fā)明無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能優(yōu)異，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)不易變形、坍塌，且能夠根據(jù)需求任意調(diào)整點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；本發(fā)明能夠生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件，如帶上下致密蓋板的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件，或帶中間致密隔板的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件。
[0024]4、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易控，操作簡(jiǎn)便可靠，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，可重復(fù)性強(qiáng)，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0025]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0026]圖1是本發(fā)明無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的成型工藝流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的成型過程示意圖；
[0028]圖3是二維實(shí)體模型不意圖；
[0029]圖中:I為可升降工作臺(tái)；2為儲(chǔ)粉箱；3為鋪粉器；4為激光器；5為基板；6為金屬粉末；7為已成型構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型過程所采用的設(shè)備為激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，所述設(shè)備的計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有三維建模軟件和切片軟件。所述激光選區(qū)熔化成型設(shè)備，可以采用武漢新瑞達(dá)研制的XX型激光選區(qū)熔化成型設(shè)備。所述三維建模軟件可采用Pro/E軟件或3-matic軟件，切片軟件可以采用Magics軟件。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如圖3所示，本實(shí)施例所有成型的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的具體規(guī)格為:材質(zhì)為TC4鈦合金，尺寸為200mmX 10mmX 20mm，且具有四面體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件。
[0034]結(jié)合圖1和圖2，本實(shí)施例無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法包括以下步驟:
[0035]步驟一、根據(jù)要成形的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和尺寸，在計(jì)算機(jī)中利用三維建模軟件建立三維實(shí)體模型；本實(shí)施例采用的三維建模軟件為3-matic軟件；本實(shí)施例建立的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的三維實(shí)體模型見圖3 ;
[0036]步驟二、將步驟一中建立的三維實(shí)體模型導(dǎo)入切片軟件中，利用切片軟件對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行切片處理，得到該模型的每層截面信息，包括截面尺寸和形狀；本實(shí)施例采用的切片軟件為Magics軟件；所述無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的各層切片厚度均為0.04mm ；
[0037]步驟三、將步驟二中得到的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的各層切片的截面信息均導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中，然后將基板5安裝在可升降工作臺(tái)I的成型缸上，將TC4鈦合金粉末放置在儲(chǔ)粉箱2中；本實(shí)施例所選擇的TC4鈦合金粉末粒度為20?50 μ m，本實(shí)施例所選擇的基板為300mm X 260mm X 40mm的純鈦基板；
[0038]步驟四、利用惰性氣體對(duì)成型腔進(jìn)行清洗，達(dá)到要求后，在惰性氣氛的保護(hù)下，對(duì)切片第一層進(jìn)行激光掃描熔化成型。
[0039]步驟五、放置基板的可升降成型缸下降，下降高度與切片厚度相同；鋪粉器3在基板表面平鋪一層金屬粉末6，粉末厚度與第一層切片的厚度相等，然后激光器4開始對(duì)下一層進(jìn)行掃描熔化成型。
[0040]步驟六、重復(fù)步驟五的過程，直至加工結(jié)束。
[0041]步驟七、利用吸塵器除去未經(jīng)激光熔化成型的金屬粉末，取出基板5，利用線切割法將無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件與基板分離，得到無焊縫金屬點(diǎn)陣已成型構(gòu)件7。
[0042]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)恪化成型方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、利用三維建模軟件建立無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的三維實(shí)體模型； 52、將所述三維實(shí)體模型導(dǎo)入切片軟件中，對(duì)所述三維實(shí)體模型進(jìn)行切片處理，得到無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件每層切片的截面信息，并根據(jù)所述截面信息自動(dòng)規(guī)劃掃描路徑； 53、將基板和金屬粉末在惰性氣氛的保護(hù)下，在基板上按照切片的第一層信息對(duì)金屬粉末進(jìn)行激光掃描熔化成型； 54、在形成后的切片第一層的表面進(jìn)行下一層激光掃描熔化成型； 55、重復(fù)S4的過程，直至加工結(jié)束后，除去未經(jīng)激光熔化成型的金屬粉末，將無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件與基板分離； 所述截面信息包括截面的尺寸和形狀。2.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的材質(zhì)為鈦合金或不銹鋼。3.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述三維建模軟件為Pro/E軟件、Magics軟件或3_matic軟件。4.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述切片軟件為Magics軟件。5.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述金屬粉末的粒度為20?50 μπι。6.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述的基板的材質(zhì)與所選擇的金屬粉末的材質(zhì)相同。7.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述激光掃描熔化成型中的激光輸出功率300?500W，光斑直徑0.1?0.2mm，掃描速度 500 ?1000mm/min，搭接率 10 ?30%。8.如權(quán)利要求1所述的無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，其特征在于，所述惰性氣氛為純度不低于99.999%的高純氬，氬氣的氣流量為5L/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的激光選區(qū)熔化成型方法，包括以下步驟：建立無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件的三維實(shí)體模型；進(jìn)行切片處理，得到各層切片的截面信息；根據(jù)各層的截面信息生成掃描路徑；將基板和金屬粉末放入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中并對(duì)成型腔進(jìn)行氣氛保護(hù)；制備第一層實(shí)體片層；成型缸下降一個(gè)層厚，制備下一層實(shí)體片層，如此往復(fù)，最終由若干層疊加形成金屬點(diǎn)陣構(gòu)件；制備結(jié)束后，冷卻30分鐘，去除未成型粉末，然后取出基板，利用線切割方法，得到無焊縫金屬點(diǎn)陣構(gòu)件。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單易控，操作簡(jiǎn)單可靠，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，可重復(fù)性強(qiáng)；采用本發(fā)明成型的無焊縫金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能優(yōu)異，不易變形、坍塌。
【IPC分類】C23C24/10, B22F3/105
【公開號(hào)】CN105057666
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510508712
【發(fā)明人】鄧竹君, 姜勇, 李中權(quán), 柯林達(dá), 趙海洋, 姚斐
【申請(qǐng)人】上海航天精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日