CN105252000B - 一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法，在增材制造成型设备外部设计一个加压舱，加压舱与增材制造成型设备相通，在高能激光束/电子束按照扫描路径逐层打印零件前，往加压舱内注入Ar、He等惰性气体，使得加压舱与增材制造成型设备内的压力始终保持在高压下。本发明提供一种超高压惰性气氛下增材制造方法直接制造高性能金属零件，特别适合于高温合金、钛合金等活泼易氧化金属的增材制造，具有以下显著特点：①提高金属零件的内部质量；②减少打印过程中的变形、开裂现象；③一定程度上提高金属打印件的致密度；④打印过程中有效杜绝有害气体的侵入。

Description

一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法
技术领域
本发明属于金属粉末增材制造领域，具体涉及一种适用于金属粉末，特别是高温合金、钛合金粉末的增材制造技术。
背景技术
高温合金、钛合金等金属零件广泛应用于航空航天等高端领域。高温合金、钛合金金属零件如采用传统的锻造+机械加工(减材制造)的方法加工，不仅需要重型锻造设备，而且制造工序繁多、工艺复杂，零件机械加工余量很大，材料利用率低、制造成本高。
增材制造技术作为制造业中的新秀，是一项革命性新型制造技术。它采用逐层“打印”的方式由3D打印机打印出设计或者扫描的产品，大大节省了原材料，提高效率并降低成本；同时由于无需模具，可以简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期。
增材制造技术为航空航天用高温合金、钛合金关键部件的制造提供了新途径，但增材制造技术目前仍存在内部质量不高、致密度不够、工艺稳定性差等难题，零件的综合机械性能不如锻件，主要原因是3D打印粉体材料的纯度不高以及打印过程中氧化等因素造成粉体间的结合不强。本发明采用超高压惰性气体保护下的增材制造技术制造高温合金、钛合金等金属零件，全面提升高温合金、钛合金等金属零件的综合机械性能，使之达到或者超过相应锻件的性能。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法。
实现本发明目的的技术方案为：
一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法，在增材制造成型设备外部设置一个加压舱，在高能激光束或电子束按照扫描路径逐层打印零件前，往加压舱内注入Ar、He等惰性气体，使得加压舱与增材制造成型设备内的压力始终保持在5～30MPa的高压下，其中，所述增材制造成型设备为3D打印机。
其中，所述增材制造的方法是选择性激光烧结(SLM)、电子束熔化(EBM)和激光熔化金属沉积(FMD)等中的一种。
其中，所述加压舱的形状为密封的长方体或正方体，加压舱连接有高压气管和增压泵。加压舱外角圆角矩形均可。
加压装置根据金属基3D打印机的外形尺寸确定，如现在德国SLM公司最大的金属基3D打印机外形尺寸为4000*3000*2500mm，则加压装置的尺寸为4100*3100*2600mm，
其中，所述加压舱4材质为金属，不需要透明，舱壁上安装有观察镜。
进一步地，所述3D打印机为金属基3D打印机。
其中，所述3D打印机的原料为高温合金粉末或钛合金粉末，所述高温合金粉末选自Ni基高温合金、Co基高温合金、Fe基高温合金粉末中的一种或多种。
所述钛合金粉末可选自TC4、TC7、TC18等合金粉末。
本发明的方法中，所述3D打印机的打印温度根据不同材料的熔点进行设定。
本发明的优势在于，提供一种超高压惰性气氛下增材制造方法直接制造出金属零件，特别适合于高温合金、钛合金等活泼易氧化金属的增材制造。
本发明的方法具有以下显著特点：①提高金属零件的内部质量；②减少打印过程中的变形、开裂现象；③一定程度上提高金属打印件的致密度；④打印过程中有效杜绝有害气体(O2、N2)的侵入。
附图说明
图1：加压舱和3D打印机的相对位置结构图。
图中，1-金属基3D打印机；2-加压舱；3-高压气管；4-增压泵。
具体实施方式
现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
如图1，用于超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造的装置，增材制造成型设备为金属基3D打印机1(德国SLM Solutions GmbH公司的SLM500金属基3D打印机)打印机外部设置一个加压舱2，在高能激光束/电子束按照扫描路径逐层打印零件前，往加压舱内注入氩气，增材制造的方法是选择性激光烧结(SLM)。
加压舱2的形状为密封的长方体，加压舱连接有高压气管3和增压泵4。加压舱2的尺寸为4100*3100*2600mm，不锈钢材质，舱壁上设置有观察镜。
采用本实施例的装置，以TC4球形粉末为原料(粉末粒径10～30μm)，在压力10MPa、打印温度1730℃的条件下进行结构件打印，成形件的晶粒尺寸细小均匀、致密度高、机械性能好，能够达到或超过同成分铸件的水平。
实施例2：
采用本实施例的装置，以选择性激光烧结(SLM)进行打印，以NiMo16Cr16Ti高温合金粉末为原料(粉末粒径10～20μm)，在压力10MPa、温度1550℃的条件下进行结构件打印，成形件的晶粒尺寸细小均匀、致密度高、机械性能好，能够达到或超过同成分铸件的水平。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造方法，其特征在于，用于超高压惰性气体保护下金属粉末增材制造的装置包括增材制造成型设备，所述增材制造成型设备为金属基3D打印机(1)，为德国SLM Solutions GmbH公司的SLM500金属基3D打印机，打印机外部设置一个加压舱(2)，在高能激光束/电子束按照扫描路径逐层打印零件前，往加压舱内注入氩气，增材制造的方法是选择性激光烧结；
加压舱(2)的形状为密封的长方体，加压舱连接有高压气管(3)和增压泵(4)，加压舱(2)的尺寸为4100*3100*2600mm，不锈钢材质，舱壁上设置有观察镜；
采用本装置，以TC4球形粉末为原料，粉末粒径10～30μm，在压力10MPa、打印温度1730℃的条件下进行结构件打印，成形件的晶粒尺寸细小均匀、致密度高、机械性能好，能够达到或超过同成分铸件的水平。
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