CN107312977B - 水冷滑轨的送粉式激光3d打印制作方法及水冷滑轨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法。该水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法包括如下步骤：(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，通过送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，在打印成型的管体上3D打印中间过渡层；(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，在已经成型的所述中间过渡层上3D打印所述表面功能层；(4)后处理。该水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备出的水冷滑轨不易发生氧化腐蚀、减少滑轨的装配环节，整体结构强度高。

Description

水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法及水冷滑轨
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法及水冷滑轨。
背景技术
在3D打印领域，水冷滑轨是一种内部通水冷却，外部与高温工件滑动接触的输送装置，一般用于粉末冶金烧结、金属热处理、金属热锻加工等生产线。传统的水冷滑轨由不锈钢管焊接而成，容易发生磨损和氧化腐蚀失效。改进的水冷滑轨在不锈钢管外壁添加了高温耐磨单元，采用焊接或机械镶嵌的方式，虽然一定程度上解决了磨损和氧化腐蚀问题，但是破坏了滑轨的整体结构强度。
发明内容
基于此，有必要提供一种不易发生氧化腐蚀、滑轨的装配环节少、整体结构强度高的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法及水冷滑轨。
一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.10mm-0.15mm；通过送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为63μm-150μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe；
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.08mm-0.12mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径63μm-150μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni；
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.05mm-0.1mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为63μm-150μm，成分:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co；
(4)后处理：对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程8-12次；将所述管体与所述基板分离。
在其中一个实施例中，所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。
在其中一个实施例中，步骤(1)中的所述基板为不锈钢基板。
在其中一个实施例中，步骤(1)中采用的所述送粉式金属3D打印机为带有500W光纤激光器的送粉式金属3D打印机。
在其中一个实施例中，步骤(4)后处理还包括如下步骤：
在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。
在其中一个实施例中，步骤(4)后处理还包括如下步骤：
在喷砂之后通水保压测试。
在其中一个实施例中，通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片时每层切片的厚度为0.12mm。
在其中一个实施例中，通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.1mm。
在其中一个实施例中，通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.08mm。
本实施例的另一目的还在于提供一种水冷滑轨。
该水冷滑轨通过所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备而成。
上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法中的送粉式激光3D打印技术是采用激光和粉末同时输送的工作原理，通过计算机将零件的三维CAD模型分层切片，得到零件的二维平面轮廓数据，这些数据又转化为数控工作台的运动轨迹，同时金属粉末以一定的供粉速度送入送粉式金属3D打印机的激光聚焦区域内，快速熔化凝固，通过点、线、面的层层叠加，最后得到近净形的零件实体，成形件不需要或者只需少量加工即可使用。上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法中送粉式激光3D打印技术可实现金属零件的无模制造，实现多功能梯度材料，成形大尺寸器件，能够进行一体化的制造，减少装配和焊接，保证工件的整体结构强度和性能。通过上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备出的水冷滑轨，滑轨的装配环节少，提高了水冷滑轨整体结构强度，提高了水冷滑轨内壁粗糙度，水冷滑轨冷却效率高。另外本方法通过使用多功能梯度材料提高水冷滑轨的使用性能，提高了高端水冷滑轨的品质和制造效率，适用于制造高端水冷滑轨。
上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备出的水冷滑轨，提高了整体结构强度，3D打印在管体内壁留下的层层叠加结构可以提高内壁粗糙度，增加冷却水与管壁的接触面积，从而大大提高冷却效率，通过使用多功能梯度材料提高水冷滑轨的高温耐磨性能，表面承受850℃高温，并且不易于发生氧化腐蚀。
具体实施方式
本实施例涉及了一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法。
一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.10mm-0.15mm。
通过送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为63μm-150μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe。其中所述的wt％标示为质量分数，下同。
进一步地，所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。所述基板可以是型号316L不锈钢基板。
优选地，步骤(1)中采用的所述送粉式金属3D打印机为带有500W光纤激光器的送粉式金属3D打印机。
优选地，通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片时每层切片的厚度为0.12mm。
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.08mm-0.12mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径63μm-150μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni。
优选地，通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.1mm。
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.05mm-0.1mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为63μm-150μm，成分为:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co。
优选地，通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.08mm。
(4)后处理：对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程8-12次，以消除内应力；将所述管体与所述基板分离。
在一个实施例中，步骤(4)后处理还包括如下步骤：在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。
在一个实施例中，步骤(4)后处理还包括如下步骤：在喷砂之后通水保压测试。
通过本实施例的另一目的还在于通过上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备水冷滑轨。
实施例1
本实施例通过所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备水冷滑轨。
一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.12mm。通过带有500W光纤激光器送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为80μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe。步骤(1)中的所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。所述基板可以是型号316L不锈钢基板。
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.1mm，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径80μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni。
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.08mm，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为80μm，成分:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co。
(4)后处理：通过火焰枪对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程10次，以消除内应力；将所述管体与所述基板分离。在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。在喷砂之后通水保压测试，即得水冷滑轨。
实施例2
本实施例通过所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备水冷滑轨。
一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.1mm。通过带有500W光纤激光器送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为63μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe。步骤(1)中的所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。所述基板可以是型号316L不锈钢基板。
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.12mm，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径63μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni。
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.1mm，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为63μm，成分:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co。
(4)后处理：通过火焰枪对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程10次，以消除内应力；将所述管体与所述基板分离。在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。在喷砂之后通水保压测试，即得水冷滑轨。
实施例3
本实施例通过所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备水冷滑轨。
一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.15mm。通过带有500W光纤激光器送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为150μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe。步骤(1)中的所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。所述基板可以是型号316L不锈钢基板。
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.08mm，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径150μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni。
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.05mm，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为150μm，成分:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co。
(4)后处理：通过火焰枪对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程10次，以消除内应力；将所述管体与所述基板分离。在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。在喷砂之后通水保压测试，即得水冷滑轨。
上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法中的送粉式激光3D打印技术是采用激光和粉末同时输送的工作原理，通过计算机将零件的三维CAD模型分层切片，得到零件的二维平面轮廓数据，这些数据又转化为数控工作台的运动轨迹，同时金属粉末以一定的供粉速度送入送粉式金属3D打印机的激光聚焦区域内，快速熔化凝固，通过点、线、面的层层叠加，最后得到近净形的零件实体，成形件不需要或者只需少量加工即可使用。上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法中送粉式激光3D打印技术可实现金属零件的无模制造，实现多功能梯度材料，成形大尺寸器件，能够进行一体化的制造，减少装配和焊接，保证工件的整体结构强度和性能。通过上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备出的水冷滑轨，滑轨的装配环节少，提高了水冷滑轨整体结构强度，提高了水冷滑轨内壁粗糙度，水冷滑轨冷却效率高。另外本方法通过使用多功能梯度材料提高水冷滑轨的使用性能，提高了高端水冷滑轨的品质和制造效率，适用于制造高端水冷滑轨。
上述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备出的水冷滑轨，提高了整体结构强度，3D打印在管体内壁留下的层层叠加结构可以提高内壁粗糙度，增加冷却水与管壁的接触面积，从而大大提高冷却效率，通过使用多功能梯度材料提高水冷滑轨的高温耐磨性能，表面承受850℃高温，并且不易于发生氧化腐蚀。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)3D打印成型管体：通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片，每层切片的厚度为0.10mm-0.15mm；通过送粉式金属3D打印机在基板上打印成型所述管体；其中，所述送粉式金属3D打印机的送粉器送入熔池的第一种金属粉末直径为63μm-150μm，所述第一种金属粉末的成分为:18wt％Cr、14wt％Ni、2.5wt％Mo、0.03wt％C、2wt％Mn、0.5wt％Cu、0.025wt％P、0.01wt％S、0.75wt％Si，余量为Fe；
(2)3D打印成型中间过渡层：通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.08mm-0.12mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(1)已经打印成型的所述管体上直接3D打印所述中间过渡层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第二种金属粉末的直径63μm-150μm，所述第二种金属粉末的成分为:22wt％Cr、9wt％Mo、3.5wt％Nb、4wt％Fe、0.4wt％Ti、0.4wt％Al、1wt％Co、0.05wt％Ta，余量为Ni；
(3)3D打印成型表面功能层：通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片，每层切片的厚度为0.05mm-0.1mm，更换所述送粉式金属3D打印机的送粉器，在步骤(2)已经成型的所述中间过渡层上直接3D打印所述表面功能层；所述送粉式金属3D打印机送入熔池的第三种金属粉末的直径为63μm-150μm，成分:28wt％Cr、6wt％Mo、1wt％Si、1wt％Mn、0.75wt％Fe、0.16wt％C、0.1wt％Ni，余量为Co；
(4)后处理：对所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层加热至500℃，自然冷却所述管体以及所述管体上的所述中间过渡层、所述表面功能层，重复上述的加热以及自然冷却过程8-12次；将所述管体与所述基板分离。
2.根据权利要求1所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，所述基板的长度与预先设计的所述管体的长度相等，所述基板的宽度为5mm，所述基板的厚度为30mm。
3.根据权利要求1所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，步骤(1)中的所述基板为不锈钢基板。
4.根据权利要求1所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，步骤(1)中采用的所述送粉式金属3D打印机为带有500W光纤激光器的送粉式金属3D打印机。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，步骤(4)后处理还包括如下步骤：
在所述管体与所述基板分离之后，通过喷砂去除所述管体表面的残渣以及所述第一种金属粉末和/或第二种金属粉末和/或第三种金属粉末。
6.根据权利要求5所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，步骤(4)后处理还包括如下步骤：
在喷砂之后通水保压测试。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，通过软件将预先设计的管体的三维图在径向方向切片时每层切片的厚度为0.12mm。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，通过软件将预先设计的中间过渡层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.1mm。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法，其特征在于，通过软件将预先设计的表面功能层在径向方向上切片时每层切片的厚度为0.08mm。
10.一种通过权利要求1-9任意一项所述的水冷滑轨的送粉式激光3D打印制作方法制备而成的水冷滑轨。
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