CN107866568A - 一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，该方法包括以下步骤：(1)构建待成形的液压阀块的三维模型并获得二维切片信息；(2)将金属陶瓷混合粉末铺设在激光选区熔化成形设备上，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径；(3)激光按照所述扫描路径逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末，以成形所述液压阀块；(4)采用光学相干断层成像技术获取所述液压阀块的复杂内部结构的三维立体图像，并验证成形质量是否符合设计要求，若符合，则成形结束；否则，优化所述扫描路径生成算法后转至步骤(3)。本发明缩短了工艺流程，降低了成本，提高了经济效益，灵活性较高。

Description

一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法
技术领域
本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法。
背景技术
液压阀块是安装各种液压元件，并能在其内部按照已有的液压系统原理图的设计要求，实现各元件之间油路相通的复杂功能块，在液压系统中是十分常见且非常重要的元件，应用范围非常广泛。它的使用不仅能简化液压系统的设计和安装步骤，更有利于实现液压系统的集成化和标准化，进而有效地降低生产成本，提高液压系统的稳定性和可靠性。
然而，近年来随着液压系统复杂程度的提高和在高压、腐蚀环境下的广泛应用，对液压阀块的结构、强度和耐腐蚀性提出了更加严格的要求，导致液压阀块的生产制造和加工存在一定的困难，例如一般液压阀块内部的油孔采用传统加工方法就可以完成，但有时为了避免各油孔之间相互干涉，必须使用工艺油孔(流线型)，这样便增加了液压阀块内部油孔的结构复杂性，传统加工方法根本无法或者很难加工这种流线型油孔，若加工工艺考虑不周，就会极易造成尺寸精度不稳定、强度不足、原材料浪费、生产效率降低以及制造成本高等问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其基于现有液压阀块的制造特点，研究及设计了一种能制造结构复杂且性能优异的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法。本发明采用激光选区熔化成形技术(Selective laser melting,SLM)成形液压阀块，能够成形复杂内部结构的液压阀块，缩短了工艺流程，降低了时间成本和加工成本，提高了经济效益；利用高分辨率光学相干断层成像技术(optical coherence tomography，OCT)直观、无损检验成形的液压阀块内部复杂精细结构的成形质量，根据检验结果选择性地优化扫描路径算法，保证了SLM技术制造的液压阀块的成形质量，满足了生产设计需求。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，该方法包括以下步骤：
(1)构建待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，之后对所述STL文件进行修复及切片以获得二维切片信息；
(2)将金属陶瓷混合粉末均匀铺设在激光选区熔化成形设备的基板上，同时，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径；
(3)激光按照所述扫描路径逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末，以成形所述液压阀块；
(4)采用光学相干断层成像技术获取所述液压阀块的复杂内部结构的三维立体图像，并将所述三维立体图像与所述三维模型进行比对以验证成形质量是否符合设计要求，若符合，则成形结束；否则，优化所述扫描路径生成算法后转至步骤(3)。
进一步地，所述金属陶瓷混合粉末由316不锈钢粉末和纳米TiB2陶瓷粉末进行高能球磨混合处理得到的。
进一步地，所述316不锈钢粉末与所述纳米TiB2陶瓷粉末的质量比为95:5。
进一步地，高能球磨混合时的球料比为1:4，转速为180rpm，球磨时间为6h。
进一步地，通过三维软件UG构建待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，然后采用软件Netfabb对所述STL文件进行修复及切片以得到二维切片信息。
进一步地，将经修复及切片后的所述STL文件导入所述激光选区熔化成形设备中，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径。
进一步地，逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末是在氩气氛围中进行的。
进一步地，所述激光选区熔化成形设备的输出功率为280w，扫描速度为700mm/s，扫描间距为0.07mm，分层厚度为0.05mm。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法主要具有以下有益效果：
1.本发明采用激光选区熔化成形技术成形液压阀块，能够成形复杂内部结构的液压阀块，缩短了工艺流程，降低了时间成本和加工成本，提高了经济效益；
2.激光选区熔化316不锈钢及TiB2复合材料成形液压阀块，316不锈钢是一种制备简单、成本低廉的奥氏体不锈钢，其力学性能好，强度高，有良好的耐腐蚀性；二硼化钛(TiB2)是一种性能优异的新型陶瓷料，其强度高、耐腐蚀性强，两者的混合粉末具有优异的性能，能够用于成形制造适用于高压、腐蚀环境的液压阀块；
3.利用高分辨率OCT技术直观、无损检验成形的液压阀块内部复杂、精细结构的成形质量，根据检验结果选择性地优化扫描路径生成算法，保证了SLM技术制造的液压阀块的成形质量，满足了生产设计需求；
4.本发明的激光选区熔化成形方法的成形工艺简单，易于实施，灵活性较高。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，所述激光选区熔化成形方法能够制造出结构复杂、性能优异的液压阀块，能够为国民经济的发展带来巨大的效益。
所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法主要包括以下步骤：
步骤一，构建待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，之后对所述STL文件进行修复及切片以获得二维切片信息。
具体地，通过三维软件UG(Unigraphics NX)构建结构复杂的待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，然后采用软件Netfabb对所述STL文件进行修复及切片以得到二维切片信息。
步骤二，将金属陶瓷混合粉末均匀铺设在激光选区熔化成形设备的基板上，同时，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径。
具体地，所述金属陶瓷混合粉末是由316不锈钢粉末和纳米TiB2陶瓷粉末按照质量比95:5进行高能球磨混合处理得到的，其中球料比为1:4，转速为180rpm，球磨时间为6h。所述金属陶瓷混合粉末中的TiB2陶瓷粉末均匀分布在所述316不锈钢粉末表面。
所述金属陶瓷混合粉末被装入送粉料筒中，并由铺粉装置将其均匀铺设在所述激光选区熔化成形设备的基板上，接着，将经修复及切片后的所述STL文件导入所述激光选区熔化成形设备中，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径。
步骤三，激光按照所述扫描路径逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末，以成形所述液压阀块。
具体地，将所述激光选区熔化成形设备的成形腔内的空气抽空，并将所述基板预热到200℃；接着，启动所述激光选区熔化成形设备，并向所述成形腔内通入氩气以防止氧化，激光根据所述扫描路径对所述基板上的金属陶瓷混合粉末进行选择性熔化、熔池冷却、凝固成实体，所述激光逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末，层层叠加直至完成所述液压阀块的整体成形。为了防止成形过程中零件脱离所述基板，在成形第一层时需进行二次重熔，以保证零件与所述基板之间良好的冶金结合。本实施方式中，当送粉缸上升0.05毫米，成形缸下降0.05毫米。
本实施方式中，所述激光选区熔化成形设备的工艺参数为：输出功率为280w，扫描速度为700mm/s，扫描间距为0.07mm，分层厚度为0.05mm。
步骤四，采用光学相干断层成像技术获取所述液压阀块的复杂内部结构的三维立体图像，并将所述三维立体图像与所述三维模型进行比对以验证成形质量是否符合设计要求，若符合，则转至步骤五；否则，优化所述扫描路径生成算法后转至步骤三。
具体地，成形后，待(零件)所述液压阀块冷却至室温后被取出，并采用光学相干断层成像技术(optical coherence tomography，OCT)扫描所述液压阀块的复杂内部结构以获取三维立体图像，将所述三维立体图像与所述三维模型进行对比，以验证成形质量(成形轮廓及尺寸精度)是否符合设计要求，若符合，则转至步骤五，以对所述液压阀块进行机械抛光来降低所述液压阀块的表面粗糙度；若不符合，则进一步优化所述扫描路径生成算法后，转至步骤三。
步骤五，对所述液压阀块进行抛光处理以降低所述液压阀块的表面粗糙度。
本发明提供的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其采用激光选区熔化成形技术成形液压阀块，能够制造复杂内部结构的液压阀块，缩短了工艺流程，降低了时间成本和加工成本，提高了经济效益；利用高分辨率OCT技术直观、无损检验成形的液压阀块内部复杂精细结构的成形质量，根据检验结果选择性地优化扫描路径生成算法，保证了SLM技术制造的液压阀块的成形质量，满足了生产设计需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)构建待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，之后对所述STL文件进行修复及切片以获得二维切片信息；
(2)将金属陶瓷混合粉末均匀铺设在激光选区熔化成形设备的基板上，同时，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径；
(3)激光按照所述扫描路径逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末，以成形所述液压阀块；
(4)采用光学相干断层成像技术获取所述液压阀块的复杂内部结构的三维立体图像，并将所述三维立体图像与所述三维模型进行比对以验证成形质量是否符合设计要求，若符合，则成形结束；否则，优化所述扫描路径后转至步骤(3)。
2.如权利要求1所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述金属陶瓷混合粉末由316不锈钢粉末和纳米TiB2陶瓷粉末进行高能球磨混合处理得到的。
3.如权利要求2所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述316不锈钢粉末与所述纳米TiB2陶瓷粉末的质量比为95:5。
4.如权利要求2所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：高能球磨混合时的球料比为1:4，转速为180rpm，球磨时间为6h。
5.如权利要求1-4任一项所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：通过三维软件UG构建待成形的液压阀块的三维模型并生成STL文件，然后采用软件Netfabb对所述STL文件进行修复及切片以得到二维切片信息。
6.如权利要求1-4任一项所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：将经修复及切片后的所述STL文件导入所述激光选区熔化成形设备中，所述激光选区熔化成形设备根据算法对所述二维切片信息自动生成扫描路径。
7.如权利要求1-4任一项所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：逐层选区熔化所述金属陶瓷混合粉末是在氩气氛围中进行的。
8.如权利要求1-4任一项所述的适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，其特征在于：所述激光选区熔化成形设备的输出功率为280w，扫描速度为700mm/s，扫描间距为0.07mm，分层厚度为0.05mm。
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