CN104550954A - 一种3d打印复合铣削的金属件成形方法 - Google Patents

一种3d打印复合铣削的金属件成形方法 Download PDF

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单忠德
杨立宁
刘丰
戎文娟
刘倩
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Abstract

本发明公开了一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，属于快速成形技术领域。该方法首先建立预成形金属件的三维模型，然后采用分层软件对模型进行分层处理得到层片数据文件，层片数据文件被转换成能够直接被成形设备所识别的成形路径驱动信号文件。喷射沉积成形设备在扫描驱动信号控制下进行液态金属的逐层沉积成形，铣削加工系统必要时对沉积层进行铣削精整加工，通过逐层喷射+铣削，最终得到成形精度较高的金属零件。成形过程中，喷射沉积金属层的余热可以有效降低铣削难度。同时，该复合成形方法可以有效解决喷射沉积3D打印成形的阶梯效应对成形件尺寸精度及表面质量产生的影响，并可以实现具有复杂内腔结构及多材料复合金属件的快速、高效、低成本制造。

Description

一种3D打印复合铣削的金属件成形方法
技术领域
本发明属于快速成形领域，特别涉及一种3D打印复合铣削的金属件成形方法。
背景技术
3D打印技术基于离散/堆积的分层制造原理，利用逐渐增加材料的方法来实现任意复杂形状及结构零部件或模具的一次性迅速精密制造成形，相对于传统的切削加工技术，具有明显优势。金属零件3D打印成形是3D打印技术要实现的最重要目标，也是该技术发展的必然方向。现有成熟的金属3D打印技术主要有激光选区烧结（Selective Laser Sintering，SLS）、选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、激光近净成形（Laser Engineering Net Shaping，LENS）和电子束选区熔化技术（Electron Beam Selective Melting，EBSM）等，虽然国内外在相关技术研究及设备开发方面取得了较多的成果，但仍然存在成形效率低下、技术及设备成本高、可加工材料有限等问题，目前仅航空航天及军工领域有部分应用。相关技术及设备的规模化应用亟待解决。
多金属喷射沉积3D打印成形技术以最少的工序，直接从液态金属制造近终形零件，具有设备及运行成本低、可成形材料范围广、制造过程工序少等优点。同时，采用该技术进行金属件成形过程中，由于熔融金属流动性较好及台阶效应等，导致成形件表面质量不高。精密铣削是较成熟的一种金属零部件加工技术，并广泛应用于金属零部件的表面精加工处理，所加工表面具有尺寸精度高，质量好等优点。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，将多金属喷射沉积3D打印成形技术与精密铣削技术进行有效复合，并提供一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，该方法适用于具有复杂内腔结构及多材料复合金属件的快速、高效、低成本制造。方法具体实施步骤如下：
① 首先通过建模软件建立预成形金属件的三维模型，然后采用分层软件对模型进行分层处理并得到层片数据文件，层片数据文件再被转换成能够直接被成形设备所识别的成形路径驱动信号文件；
② 喷射沉积成形设备在成形路径驱动信号控制下进行液态金属的逐层沉积成形；
③ 铣削加工系统必要时在成形路径驱动信号控制下对当前沉积层进行铣削精整加工；
④ 通过逐层的喷射+铣削精整加工过程，最终得到预成形金属件。
进一步地，所述液态金属的喷射沉积3D打印过程中，各层及每一层不同区域可以采用相同或不同金属材料进行沉积成形，实现包含有不同种材料金属零部件的柔性制造，满足零部件的使用和性能要求。
进一步地，所述铣削精整加工过程根据预成形金属件的结构特点，可以是每一层喷射沉积完后便转换工位进行铣削，也可以是喷射沉积完若干层后再进行铣削精整加工。
进一步地，所述复合成形过程可以根据预制金属件的结构特点，采用逐层反复喷射沉积+铣削精整的方法，在层与层之间以及每一层上不同区域成形出复杂的细微结构。
附图说明
图1为本发明3D打印复合铣削的金属件成形方法工艺流程图。
图2为本发明3D打印复合铣削的金属件成形方法装置示意图。
图3为采用本发明3D打印复合铣削的金属件成形方法进行多材料金属件成形过程示意图。
图4为采用本发明3D打印复合铣削的金属件成形方法进行具有微结构金属件成形过程示意图。
具体实施方法
以下结合附图对采用本发明一种3D打印复合铣削的金属件成形方法进行金属件制造的过程进行详细说明。
本发明方法具体实施步骤如下。
1、模型建立及数据处理：首先建立预成形金属件的三维模型，然后采用分层软件对三维模型进行分层处理得到层片数据文件，层片数据文件被转换成能够直接被成形设备所识别的扫描驱动信号文件；
2、喷射沉积成形金属材料1（或2）：喷头1在成形路径驱动信号控制下按照第一层成形路径规划，向成形平台上喷射沉积液态金属材料1（或2）；
3、工位转换：通过成形平台移动将第一层成形金属1（或2）由喷射沉积成形工位转换到铣削精整工位；
4、铣削精整：铣刀在驱动信号控制下对第一层成形金属1（或2）进行表面铣削精整处理和微结构加工；
5、工位转换：通过成形平台移动将第一层成形金属1（或2）由铣削精整工位转换到喷射沉积成形工位；
6、喷射沉积成形金属材料2（或1）：喷头2（或1）在扫描驱动信号控制下按照第一层扫描路径规划，向成形平台上喷射沉积液态金属材料2；
7、工位转换：通过成形平台移动将第一层成形金属由喷射沉积成形工位转换到铣削精整工位；
8、铣削精整：铣刀在驱动信号控制下对第一层成形金属2（或1）进行表面铣削精整处理和微结构加工；
9、工位转换，成形平台下降一个层厚高度；
10、重复步骤2-9，直至金属件成形完成；
11、待金属件冷却后，从成形平台取下，装置整理、清扫。
以上所述仅为本发明的基本步骤而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，该方法适用于高质量金属件的快速、高效、直接制造。
2.具体实施步骤为：
① 首先建立预成形金属件的三维模型，然后采用分层软件对模型进行分层处理得到层片数据文件，层片数据文件被转换成能够直接被成形设备所识别的成形路径驱动信号文件；
② 喷射沉积成形设备在扫描驱动信号控制下进行液态金属的逐层沉积成形；
③ 铣削加工系统必要时对当前沉积层进行铣削精整加工；
④ 重复以上过程，直至整个金属件成形完毕。
3.如权利要求1所述的一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，其特征在于，所述液态金属的喷射沉积3D打印过程中，各层及每一层不同区域可以采用相同或不同金属材料进行沉积成形。
4.如权利要求1所述的一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，其特征在于，所述铣削精整加工过程即可以是每一层喷射沉积完后便转换工位进行铣削，也可以是喷射沉积完若干层后再进行铣削精整加工。
5.如权利要求1所述的一种3D打印复合铣削的金属件成形方法，其特征在于，所述复合成形过程可以根据预制金属件的结构特点，采用逐层反复喷射沉积+铣削精整的方法，实现层与层之间以及每一层上不同区域复杂细微结构的高效成形。
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