CN107812944A - 一种电子束‑搅拌摩擦复合增材制造方法 - Google Patents

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蒋智华
杨海峰
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Abstract

一种电子束‑搅拌摩擦复合增材制造方法,属于增材制造技术领域。技术要点为:通过在电子束增材制造加工完一层后,采用选区搅拌摩擦加工的方法,对该层材料进行加工改性,以获得优良组织。并通过对增材制造过程中每一层都进行电子束烧结与搅拌摩擦加工,往复多次以获得晶粒组织细小、力学性能优良、内部缺陷少的复杂工件。本发明解决了传统增材制造工件中存在的凝固裂纹、组织不均匀、力学性能不良的问题。同时,对电子束烧结后的增材制造层进行搅拌摩擦加工过程后,可以使增材制造材料形成纳米晶,改善了工件组织并提高了其力学性能。此外,选区搅拌摩擦还可以消除选区烧结过成中形成的内部缺陷,并使材料第二相弥散分布,改善工件的组织性能。

Description

一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种增材制造方法,具体涉及一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,属于增材制造技术领域。
背景技术
选区烧结增材制造技术是近年来发展较快的一种先进制造技术,以其为代表的3D打印技术被称为“具有工业革命意义的加工技术”。但由于其加工过程实际上为选区微铸造,因此加工所得工件具有存在内应力大、有显微裂纹、存在气孔疏松、第二相偏聚及材料球化等问题。这些问题不仅极大地劣化了选区烧结所制工件的组织性能,而且严重限制了该技术在实际生产中的应用。
搅拌摩擦加工是一种新型高效固相加工技术,其利用摩擦与塑性变形热作为接触部位的材料温度升高软化,进一步对材料进行搅拌摩擦来完成加工的。由于加工过程中存在剧烈的塑性变形,因此可以使得材料组织晶粒细化,同时消除内部缺陷、改善表面成形,并最终使工件力学性能也得以改善。
电子束-搅拌摩擦复合增材制造技术目前尚未有相关报道。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念,以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此,本发明的目的是提供一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,解决了现有的增材制造技术中存在内应力大、有显微裂纹、存在气孔疏松、第二相偏聚以及材料球化的问题。
本发明提供了一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,具体为:
步骤一:设计三维数字模型,并切片;
步骤二:根据切片信息,对当前工作片层进行电子束选区烧结;
步骤三:电子束烧结后,即刻对当前选区烧结片层进行搅拌摩擦加工;
步骤四:工作台下降片层厚度;
步骤五:重复步骤二至步骤四。
进一步地:所述增材制造所用材料为金属材料或其他晶体材料,所述晶体材料可以为LAP、KTP、双掺杂TGS、KNSBN、KTN、NdPP、NYAB、LT、DKDP、KDP、MHBA、BN等晶体材料。
进一步地:所述搅拌摩擦加工中所用搅拌头材料硬度和高温强度大于所用增材制造材料。
进一步地:所述步骤二中电子束选区烧结过程中采用铺粉、同轴送粉、送丝中一种或几种送料方式。
进一步地:所述步骤三中搅拌摩擦加工过程中其搅拌头直径为0.5mm~36mm,转速为200rpm~6000rpm,线速度为10mm/min~3000mm/min,下压量为0mm~0.5mm。
有益效果:
同电子束选区烧结增材制造技术相比,本发明通过在电子束增材制造加工完一层后,采用选区搅拌摩擦加工的方法,对该层材料进行加工改性,以获得优良组织。并通过对增材制造过程中每一层都进行电子束烧结与搅拌摩擦加工,往复多次以获得晶粒组织细小、力学性能优良、内部缺陷少的复杂工件。本发明解决了传统增材制造工件中存在的凝固裂纹、组织不均匀、力学性能不良的问题。同时,对电子束烧结后的增材制造层进行搅拌摩擦加工过程后,可以使增材制造材料形成纳米晶,改善了工件组织并提高了其力学性能。此外,选区搅拌摩擦还可以消除选区烧结过成中形成的内部缺陷,并使材料第二相弥散分布,改善工件的组织性能。
本发明具有如下优势:
1、工件组织均匀、晶粒细小,第二相被打碎并弥散分布于基体中;
2、工件内部缺陷,如孔隙、裂纹、球化等被消除,成形得以改善;
3、工件力学性能更优。
附图说明
图1是本发明的电子束增材示意图;
图2是本发明的搅拌摩擦加工示意图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见,在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而,应该了解,在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定,以便实现开发人员的具体目标,例如,符合与系统及业务相关的那些限制条件,并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外,还应该了解,虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的,但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说,这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此,还需要说明的一点是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
实施例1:本实施例是通过以下步骤实现的:
步骤一:设计工件三维模型;
步骤二:将工件三维模型利用切片软件处理,并保存为STL文件;
步骤三:启动电子束增材制造装置,对当前切片进行加工;
步骤四:加工完成后,搅拌头对该切片进行搅拌摩擦加工;
步骤五:加工完成后工作台下降一个切片厚度;
步骤六:重复增材制造步骤三至四。
其中,增材制造所用材料选用粒径为0.5μm~15μm的7075铝合金粉末。
其中,电子束增材制造过程中光斑直径为0.001mm~25mm。
其中,电子束增材制造线速度为30mm/min~150mm/min。
其中,搅拌摩擦加工中搅拌头转速为800rpm~1800rpm。
其中,搅拌摩擦加工中搅拌头线速度为120mm/min~600mm/min。
其中,搅拌摩擦加工中搅拌头倾角为3°~9°。
搅拌摩擦加工后(即完成步骤四后)可以使用车削、铣削、磨削加工中的一种或几种对工件表面进行加工以获得更优表面成形。
虽然本发明所揭示的实施方式如上,但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式,并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下,可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化,但本发明所限定的保护范围,仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,具体方法为:
步骤一:设计三维数字模型,并切片;
步骤二:根据切片信息,对当前工作片层进行电子束选区烧结;
步骤三:电子束烧结后,即刻对当前选区烧结片层进行搅拌摩擦加工;
步骤四:工作台下降片层厚度;
步骤五:重复步骤二至步骤四。
2.根据权利要求1所述的一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,所述增材制造所用材料为金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,所述增材制造所用材料为晶体材料。
4.根据权利要求2或3所述的一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,所述搅拌摩擦加工中所用搅拌头材料硬度和高温强度大于所用增材制造材料。
5.根据权利要求1所述的一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,所述步骤二中电子束选区烧结过程中采用铺粉、同轴送粉、送丝中一种或几种送料方式。
6.根据权利要求5所述的一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法,其特征在于,所述步骤三中搅拌摩擦加工过程中:搅拌头直径为0.5mm~36mm,转速为200rpm~6000rpm,线速度为10mm/min~3000mm/min,下压量为0mm~0.5mm。
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