CN105057666A - 一种无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法，包括以下步骤：建立无焊缝金属点阵构件的三维实体模型；进行切片处理，得到各层切片的截面信息；根据各层的截面信息生成扫描路径；将基板和金属粉末放入激光选区熔化成型设备中并对成型腔进行气氛保护；制备第一层实体片层；成型缸下降一个层厚，制备下一层实体片层，如此往复，最终由若干层叠加形成金属点阵构件；制备结束后，冷却30分钟，去除未成型粉末，然后取出基板，利用线切割方法，得到无焊缝金属点阵构件。本发明工艺简单易控，操作简单可靠，生产周期短，生产效率高，可重复性强；采用本发明成型的无焊缝金属点阵结构件的力学性能优异，不易变形、坍塌。

Description

一种无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法

技术领域

本发明属于金属构件的快速成型技术领域，具体是一种无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法。

背景技术

目前对于金属点阵结构件主要采用冲压变形成型法、熔模铸造法，冲压变形成型法后续需通过焊接连接，容易存在焊缝缺陷，成型质量低，且成型的点阵结构单一。

本发明的目的是为克服传统制造方法制备金属点阵结构件的不足，而提供一种利用激光选区熔化成型方法，通过计算机的编程控制在基板表面直接成型金属点阵结构件。该方法可以克服传统加工的减材制造对原材料的大量浪费，同时具有快速成型，细化晶粒，组织均匀无缺陷，结构强度高，易加工复杂形状结构件等诸多优异特点。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种工艺简单可控、产品性能优异的无焊缝金属点阵结构的激光选区熔化成形方法。采用该方法成形的金属点阵结构件整体无焊缝，结构均匀完整，能够根据需求任意调整点阵结构；不仅解决了采用传统成型工艺制备的金属点阵结构普遍存在的焊缝的缺陷，而且克服了采用传统成型工艺制备的金属点阵结构的点阵结构单一、产品质量低的技术瓶颈，具有显著的应用价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其包括如下步骤：

S1、利用三维建模软件建立无焊缝金属点阵结构件的三维实体模型；

S2、将所述三维实体模型导入切片软件中，对所述三维实体模型进行切片处理，得到无焊缝金属点阵构件每层切片的截面信息，并根据所述截面信息自动规划扫描路径；

S3、将基板和金属粉末在惰性气氛的保护下，在基板上按照切片的第一层信息对金属粉末进行激光扫描熔化成型；

S4、在形成后的切片第一层的表面进行下一层进行激光扫描熔化成型；

S5、重复S4的过程，直至加工结束后，除去未经激光熔化成型的金属粉末，将无焊缝金属点阵构件与基板分离；

所述截面信息包括截面的形状和尺寸。

作为优选方案，所述无焊缝金属点阵构件的材质为钛合金或不锈钢。

作为优选方案，所述三维建模软件为Pro/E软件、Magics软件或3-matic软件。

作为优选方案，所述切片软件为Magics软件.

作为优选方案，所述金属粉末的粒度为20～50μm。

作为优选方案，所述的基板的材质与所选择的金属粉末的材质相同。

作为优选方案，所述激光扫描熔化成型中的激光输出功率300～500W，光斑直径0.1～0.2mm，扫描速度500～1000mm/min，搭接率10～30％。

作为优选方案，所述惰性气氛为纯度不低于99.999％的高纯氩，氩气的气流量为5L/min。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用激光选区熔化成型技术快速制备整体无焊缝的金属点阵结构件，不仅解决了采用传统成型工艺制备的金属点阵结构件普遍存在焊缝缺陷，而且而且克服了采用传统成型工艺制备的金属点阵结构的点阵结构单一、产品质量低的技术瓶颈，最终得到一种整体无焊缝、结构均匀完整、综合性能高的金属点阵结构件。

2、本发明无焊缝金属点阵结构件的结构和尺寸可根据实际需求进行调整；本发明首先在三维建模软件中通过对所需成型的金属点阵结构件的外形、尺寸以及点阵结构进行设计和调整，然后通过对金属粉末材质的选取，并且通过控制激光选区熔化成型的工艺参数，最终制备得到产品性能优异、能够根据需求任意调整点阵结构的无焊缝金属点阵结构件。

3、本发明无焊缝金属点阵结构件的力学性能优异，点阵结构不易变形、坍塌，且能够根据需求任意调整点阵结构；本发明能够生产结构复杂的金属点阵结构件，如带上下致密盖板的无焊缝金属点阵结构件，或带中间致密隔板的无焊缝金属点阵结构件。

4、本发明工艺简单易控，操作简便可靠，生产周期短，生产效率高，可重复性强，适于大规模工业化生产。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明无焊缝金属点阵构件的成型工艺流程图；

图2是本发明无焊缝金属点阵构件的成型过程示意图；

图3是三维实体模型示意图；

图中：1为可升降工作台；2为储粉箱；3为铺粉器；4为激光器；5为基板；6为金属粉末；7为已成型构件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，本发明无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型过程所采用的设备为激光选区熔化成型设备，所述设备的计算机内装有三维建模软件和切片软件。所述激光选区熔化成型设备，可以采用武汉新瑞达研制的XX型激光选区熔化成型设备。所述三维建模软件可采用Pro/E软件或3-matic软件，切片软件可以采用Magics软件。

实施例1

如图3所示，本实施例所有成型的无焊缝金属点阵构件的具体规格为：材质为TC4钛合金，尺寸为200mm×100mm×20mm，且具有四面体点阵结构的无焊缝金属点阵构件。

结合图1和图2，本实施例无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法包括以下步骤：

步骤一、根据要成形的无焊缝金属点阵构件的结构和尺寸，在计算机中利用三维建模软件建立三维实体模型；本实施例采用的三维建模软件为3-matic软件；本实施例建立的无焊缝金属点阵构件的三维实体模型见图3；

步骤二、将步骤一中建立的三维实体模型导入切片软件中，利用切片软件对三维实体模型进行切片处理，得到该模型的每层截面信息，包括截面尺寸和形状；本实施例采用的切片软件为Magics软件；所述无焊缝金属点阵构件的各层切片厚度均为0.04mm；

步骤三、将步骤二中得到的无焊缝金属点阵构件的各层切片的截面信息均导入激光选区熔化成型设备中，然后将基板5安装在可升降工作台1的成型缸上，将TC4钛合金粉末放置在储粉箱2中；本实施例所选择的TC4钛合金粉末粒度为20～50μm，本实施例所选择的基板为300mm×260mm×40mm的纯钛基板；

步骤四、利用惰性气体对成型腔进行清洗，达到要求后，在惰性气氛的保护下，对切片第一层进行激光扫描熔化成型。

步骤五、放置基板的可升降成型缸下降，下降高度与切片厚度相同；铺粉器3在基板表面平铺一层金属粉末6，粉末厚度与第一层切片的厚度相等，然后激光器4开始对下一层进行扫描熔化成型。

步骤六、重复步骤五的过程，直至加工结束。

步骤七、利用吸尘器除去未经激光熔化成型的金属粉末，取出基板5，利用线切割法将无焊缝金属点阵构件与基板分离，得到无焊缝金属点阵已成型构件7。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、利用三维建模软件建立无焊缝金属点阵结构件的三维实体模型；

S2、将所述三维实体模型导入切片软件中，对所述三维实体模型进行切片处理，得到无焊缝金属点阵构件每层切片的截面信息，并根据所述截面信息自动规划扫描路径；

S3、将基板和金属粉末在惰性气氛的保护下，在基板上按照切片的第一层信息对金属粉末进行激光扫描熔化成型；

S4、在形成后的切片第一层的表面进行下一层激光扫描熔化成型；

S5、重复S4的过程，直至加工结束后，除去未经激光熔化成型的金属粉末，将无焊缝金属点阵构件与基板分离；

所述截面信息包括截面的尺寸和形状。

2.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述无焊缝金属点阵构件的材质为钛合金或不锈钢。

3.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述三维建模软件为Pro/E软件、Magics软件或3-matic软件。

4.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述切片软件为Magics软件。

5.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述金属粉末的粒度为20～50μm。

6.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述的基板的材质与所选择的金属粉末的材质相同。

7.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵结构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述激光扫描熔化成型中的激光输出功率300～500W，光斑直径0.1～0.2mm，扫描速度500～1000mm/min，搭接率10～30％。

8.如权利要求1所述的无焊缝金属点阵构件的激光选区熔化成型方法，其特征在于，所述惰性气氛为纯度不低于99.999％的高纯氩，氩气的气流量为5L/min。