CN107671286B - 一种提高金属3d打印速度的方法 - Google Patents

一种提高金属3d打印速度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107671286B
CN107671286B CN201710877804.3A CN201710877804A CN107671286B CN 107671286 B CN107671286 B CN 107671286B CN 201710877804 A CN201710877804 A CN 201710877804A CN 107671286 B CN107671286 B CN 107671286B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
profile
lift height
layers
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710877804.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107671286A (zh
Inventor
赵进炎
杨奇龙
赵新
王琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd
Original Assignee
Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd filed Critical Beijing Advanced Materials & Additive Manufacturing Institute Co Ltd
Priority to CN201710877804.3A priority Critical patent/CN107671286B/zh
Publication of CN107671286A publication Critical patent/CN107671286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107671286B publication Critical patent/CN107671286B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)

Abstract

一种提高金属3D打印速度的方法，属于增材制造领域。本发明通过对零件上表面、下表面、轮廓以及填充部分实施不同的扫描策略，优化了打印工艺，旨在提高金属打印成型效率，保证成型性能并具有良好的表面质量，特别适合于激光选区熔融工艺(SLM)，对降低打印成本，推进技术应用具有指导意义，对其他3D打印工艺也具有借鉴意义。

Description

一种提高金属3D打印速度的方法
技术领域
本发明有关增材制造领域的成型效率，特别涉及一种金属选区激光熔化打印速度的提升方法，有望用于金属3D打印的成型工艺，减少制造成本。
背景技术
选区激光熔化是应用最为广泛的金属增材制造技术，在航空航天、医疗植入、牙科、模具等领域具有广阔的应用空间。其基本原理是通过高能量激光束连续熔化单层金属粉末，直至实现金属零件的堆叠制造。该技术在加工个性化、复杂零件方面具有优势，如针对于不同病人植入体的个性化、轻量化需求，航空零部件的集成化制造需求，以及传统加工无法实现的精密制造需求等。同时，选区激光熔化技术在节省材料、减少成本和缩短制造周期方面具有较大优势，在牙科、模具方面表现突出，尤其是在牙科方面已得到批量应用，其较高的制造精度、更低的制造成本以及在交货周期方面的优势使其成为选区激光熔化技术应用最为成熟的领域。
虽然该技术拥有很多优势和较大的应用空间，其制造成本仍是困扰其发展的重要原因，而成型效率决定了制造成本的高低。
影响选区激光熔化打印成型效率的因素包括刮刀铺送粉速度、分层厚度、填充扫描速度、扫描间距以及扫描策略。为保证设备的稳定性，刮刀铺送粉速度往往固定不变，因此需要从打印工艺方面来提高速度。分层厚度决定了刮刀的行程次数，分层越大刮刀铺粉次数越少，成型速度越快；单层扫描速度越快，成型效率越高；同时通过对于扫描策略的优化来提高打印速度。
发明内容
本发明的工艺方案主要目的在于提高金属打印的速度，同时要求零件具有较好的表面质量与优良的性能。通常零件的表面质量受分层厚度、激光功率以及扫描速度的影响，选区激光熔化的分层厚度往往为0.02mm或0.03mm，较大的分层厚度及不当的工艺参数会造成零件侧表面粘粉，为解决打印质量与提高打印速度的问题，对打印工艺进行了改善。
一种提高金属3D打印速度的方法，方法包括轮廓工艺参数，工件内部填充工艺参数，上/下表面工艺参数，以及扫描策略；轮廓工艺参数包括激光功率、扫描速度以及分层厚度；填充工艺参数与上/下表面工艺参数均包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及分层厚度；
其特征在于：
轮廓工艺参数执行轮廓分层厚度，内部填充执行填充分层厚度，填充分层厚度是轮廓分层厚度的两倍，上/下表面执行轮廓分层厚度；成型缸每次下降的高度为轮廓分层厚度，每一层均打印轮廓；在需要打印填充的切片层，先打印轮廓再打印填充；
上表面的含义为：当第N层相比第N+1层伸出不小于一个激光光斑直径尺寸时，伸出的部分为上表面，第N层执行上表面工艺；下表面的含义为：当第N层相比第N+1层至少缩进一个激光光斑直径尺寸时，第N+1层伸出的部分或者悬空面为下表面，第N+1层伸出的部分执行下表面工艺；
上表面的扫描策略为：若第N层为上表面，当第N-1层恰好位于填充层的待扫描层时，则第N-1层执行填充工艺参数，第N层执行上表面工艺参数；若上表面第N层为填充扫描策略的待扫描层，则上表面第N层与第N-1层执行上表面工艺参数，其中第N-1层扫描一次，上表面第N层执行相互垂直的两次扫描；
进一步，若打印的零件第一层与基板相连，则第一层先打印轮廓再打印填充部分，且填充部分扫描两次，方向相互垂直，之后填充部分每层扫描一次，且相邻两次填充扫描方向旋转一奇数角度；若打印的零件第一层与基板不相连，或遇下表面及悬空面时，则零件第一层或下表面或悬空面第一层填充部分执行轮廓分层厚度，激光扫描两次，方向相互垂直。
本发明所采用的工艺方案是：
(1)工艺方案由四部分组成，包括轮廓工艺参数，工件内部填充工艺参数，上/下表面工艺参数以及扫描策略。
(2)轮廓参数包括激光功率、扫描速度以及分层厚度；填充工艺参数与上/下表面工艺参数均包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及分层厚度。轮廓、上/下表面与内部填充执行不同的分层厚度、扫描策略以及其他激光参数。
(3)轮廓、上/下表面执行同一分层厚度，即轮廓分层厚度，填充分层厚度为轮廓分层厚度的两倍，按照使用经验，SLM金属打印分层厚度一般为0.02mm或0.03mm。通过试验确定可获得光滑侧表面的轮廓参数，以及可获得良好致密度和力学性能的填充工艺参数组合；在分层厚度为轮廓分层厚度的条件下通过实验获得可打印光滑上/下表面的参数组合。
(4)实体零件打印过程中，轮廓和填充部分采用调试好的激光参数，其中轮廓采用轮廓分层厚度，填充部分采用填充分层厚度。第一层填充须扫描两次，且两次扫描方向垂直，保证零件与基板紧密结合，且相邻填充层扫描方向旋转一定角度。
(5)当第N层相比第N+1层伸出一个激光光斑直径尺寸时，第N层伸出的部分执行上表面工艺；当第N层相比第N+1层缩进一个激光光斑直径尺寸时，第N+1层伸出的部分执行下表面工艺。
(6)当遇上表面第N层时，若第N-1层恰好位于填充层扫描策略的待扫描层，则第N-1层执行填充工艺参数；若上表面第N层为填充扫描策略的待扫描层，则上表面第N层与第N-1层执行上表面工艺参数，其中第N-1层扫描一次，上表面第N层执行相互垂直的两次扫描。下表面及悬空面，填充部分执行轮廓分层厚度，激光扫描两次，方向相互垂直。
与现有的打印工艺相比，融合了表面质量与打印速度两方面的要求，与轮廓和填充分层厚度取相同值的工艺相比，两者在表面质量方面并无明显区别，表面光亮且侧表面光滑；在性能方面，两种工艺的致密度、拉伸强度以及硬度处于同等水平；在打印速度方面，采用本发明的工艺方案打印速度提升明显，且打印的零件越高，缩短的时长越长，相应的打印成本也随之降低。
附图说明
图1：零件切片层
图2：上表面及扫描策略
图3：下表面及扫描策略
图4：填充隔层扫描策略
图5：零件三视图
图6：第一层扫描策略
图7：第二层扫描策略
图8：第三层扫描策略
图9：悬空层扫描策略
图10：第N层扫描策略
具体实施方式
1.图4为具体实施打印的零件，假设该零件的斜侧面满足上下表面特征，其包含斜侧上/下表面、悬空面、上表面特征。具体打印过程执行以下工艺：
2.零件第一层先扫描轮廓，填充部分沿扫描路径扫描两次，方向相互垂直，如图6；零件从第二层填充部分开始执行隔层扫描，即第二层只扫描轮廓，如图7；第三层根据隔层扫描策略先扫描轮廓，再扫描填充部分，且扫描线与第一层第二次扫描线旋转了71度，如图8。
3.当遇悬空面时，由于支撑的存在，激光可直接进行扫描粉末，此时填充部分执行轮廓分层厚度，激光扫描两次，方向相互垂直，如图9所示。
4.当打印至第N层时，如图5左视图，该层既包含上表面又包含斜面，假设该零件满足斜上/下表面的定义，则在斜上/下表面执行相应的参数和扫描策略。若上表面第N层为填充扫描策略的待扫描层，则上表面与第N-1层执行上表面工艺参数，其中第N-1层扫描一次，上表面执行相互垂直的两次扫描。若第N-1层处于填充扫描策略的待扫描层，则第N-1层执行填充工艺参数；倾斜上/下表面执行相应的工艺参数，且执行相互垂直的两次扫描，如图10所示。

Claims (2)

1.一种提高金属3D打印速度的方法，方法包括轮廓工艺参数，工件内部填充工艺参数，上/下表面工艺参数，以及扫描策略；轮廓工艺参数包括激光功率、扫描速度以及分层厚度；填充工艺参数与上/下表面工艺参数均包括激光功率、扫描速度、扫描间距以及分层厚度；
其特征在于：
轮廓工艺参数执行轮廓分层厚度，内部填充执行填充分层厚度，填充分层厚度是轮廓分层厚度的两倍，上/下表面执行轮廓分层厚度；成型缸每次下降的高度为轮廓分层厚度，每一层均打印轮廓；在需要打印填充的切片层，先打印轮廓再打印填充；
上表面的含义为：当第N层相比第N+1层伸出不小于一个激光光斑直径尺寸时，伸出的部分为上表面，第N层执行上表面工艺；下表面的含义为：当第N层相比第N+1层至少缩进一个激光光斑直径尺寸时，第N+1层伸出的部分或者悬空面为下表面，第N+1层伸出的部分执行下表面工艺；
上表面的扫描策略为：若第N层为上表面，当第N-1层恰好位于填充层的待扫描层时，则第N-1层执行填充工艺参数，第N层执行上表面工艺参数；若上表面第N层为填充扫描策略的待扫描层，则上表面第N层与第N-1层执行上表面工艺参数，其中第N-1层扫描一次，上表面即第N层执行相互垂直的两次扫描。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属3D打印速度方法，其特征在于：
若打印的零件第一层与基板相连，则第一层先打印轮廓再打印填充部分，且填充部分扫描两次，方向相互垂直，之后填充部分每层扫描一次，且相邻两次填充扫描方向旋转一奇数角度；若打印的零件第一层与基板不相连，或遇下表面及悬空面时，则零件第一层或下表面或悬空面填充部分执行轮廓分层厚度，激光扫描两次，方向相互垂直。
CN201710877804.3A 2017-09-26 2017-09-26 一种提高金属3d打印速度的方法 Expired - Fee Related CN107671286B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710877804.3A CN107671286B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 一种提高金属3d打印速度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710877804.3A CN107671286B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 一种提高金属3d打印速度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107671286A CN107671286A (zh) 2018-02-09
CN107671286B true CN107671286B (zh) 2019-06-14

Family

ID=61136975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710877804.3A Expired - Fee Related CN107671286B (zh) 2017-09-26 2017-09-26 一种提高金属3d打印速度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107671286B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108380873B (zh) * 2018-02-12 2019-01-29 成都优材科技有限公司 激光选区熔化扫描方法
CN110405204B (zh) * 2018-04-28 2021-09-10 深圳市裕展精密科技有限公司 异质金属件的制备方法
CN109014197A (zh) * 2018-08-15 2018-12-18 广东汉邦激光科技有限公司 激光熔化成形方法及3d打印装置
CN110126266A (zh) * 2019-04-17 2019-08-16 湖南华曙高科技有限责任公司 一种三维物体制造方法
CN113510240B (zh) * 2020-04-09 2023-07-07 中国航发商用航空发动机有限责任公司 管件的增材制造方法
CN112254171B (zh) * 2020-10-21 2022-04-01 上海电气集团股份有限公司 燃气轮机中燃料喷嘴的生产方法
CN114131050B (zh) * 2021-12-13 2022-07-08 深圳市华阳新材料科技有限公司 一种无支撑3d打印方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010045850A1 (de) * 2010-09-17 2012-03-22 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Bauelementes
CN103639411A (zh) * 2013-12-25 2014-03-19 湖南华曙高科技有限责任公司 一种用于逐层制造三维物体的扫描方法
CN103934569A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 南京先进激光技术研究院 一种基于选择性激光烧结的分层切片方法
CN104708824A (zh) * 2015-03-12 2015-06-17 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种保留模型特征的3d打印自适应切片方法
CN104827155A (zh) * 2015-05-22 2015-08-12 华中科技大学 一种适用于复杂零件的固熔复合增材成形方法
CN106202687A (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 河海大学常州校区 一种基于模型面积变化率的自适应分层处理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010045850A1 (de) * 2010-09-17 2012-03-22 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum generativen Herstellen eines Bauelementes
CN103639411A (zh) * 2013-12-25 2014-03-19 湖南华曙高科技有限责任公司 一种用于逐层制造三维物体的扫描方法
CN103934569A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 南京先进激光技术研究院 一种基于选择性激光烧结的分层切片方法
CN104708824A (zh) * 2015-03-12 2015-06-17 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种保留模型特征的3d打印自适应切片方法
CN104827155A (zh) * 2015-05-22 2015-08-12 华中科技大学 一种适用于复杂零件的固熔复合增材成形方法
CN106202687A (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 河海大学常州校区 一种基于模型面积变化率的自适应分层处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107671286A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107671286B (zh) 一种提高金属3d打印速度的方法
CN104175556B (zh) 一种基于双成形头的快速成型方法
US9079357B2 (en) Method for the layered construction of a shaped body made of highly viscous photopolymerizable material
CN108859128B (zh) 复杂多空洞区域的路径规划填充方法
CN108145160B (zh) 一种梯度复合结构的激光成形方法
CN109290572A (zh) 一种陶瓷增强高熵合金复合材料构件的激光熔化沉积方法
CN104475728B (zh) 一种用于3d打印扫描的控制方法和控制装置
JP2018003147A (ja) ３次元造形方法、および３次元造形物の製造装置
CN108817386A (zh) 用于多光束激光选区熔化成形的层间梳状拼接方法
CN107351104B (zh) 一种核电厂控制棒驱动机构钩爪及其制备方法
CN109434104A (zh) 一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法
CN108380873B (zh) 激光选区熔化扫描方法
CN108648220A (zh) 一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备
CN106735218B (zh) 一种旋转式多缸多材料激光选区熔化成型装置与方法
CN104923784A (zh) 一种提高激光变斑直接成形不等宽构件精度的方法
CN106825570B (zh) 用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统
CN106426907B (zh) 一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法
CN108831551A (zh) 计算机辅助牙科正畸矫治器械的检验方法
TW200816286A (en) Technique for improving ion implantation throughput and dose uniformity
CN110693616A (zh) 一种基于激光快速成形sla 3d打印技术的陶瓷质牙冠制备方法
CN106504318A (zh) 一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法
CN106925776A (zh) 一种控制增材制造应力变形的分区域扫描路径生成方法
Zhou et al. A novel method to generate the tooth surface model of face-milled generated spiral bevel gears
US20180185118A1 (en) Method for producing a dental restoration structure to be individually manufactured
CN104905894A (zh) 基于金属粉末激光烧结3d成型技术的钛合金颅骨修复假体制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190614

Termination date: 20200926

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee