CN109571017A - 一种高精度增减材3d打印方法以及装置 - Google Patents

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秦嬉嬉
孙盛芝
黎响
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Abstract

本发明涉及一种高精度增减材3D打印方法，包括以下步骤：(1)首先建立两种模型切片文件，第一种为用于激光增材加工的切片数据文件；第二种是用于激光减材的加工的切片数据文件；(2)根据以下步骤进行打印：a、激光板卡控制系统根据第一种切片数据文件建造一层或多层实体毛坯；b、激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制第二激光发生器对实体毛坯进行精细轮廓修边；c、利用切片软件判断所述实体毛坯是否加工到最后一层，若否则重复步骤a、b；若是则进行下一个步骤；d、对整个上表面进行精细激光减材打磨；本发明还涉及实现上述方法的3D打印装置。前述打印方法加工效率较高，所得金属零件的精度高，3D打印装置结构简单。

Description

一种高精度增减材3D打印方法以及装置
技术领域
本发明涉及增减材3D打印方法，尤其涉及一种高精度增减材金属零件的3D打印方法以及装置。
背景技术
金属零部件传统加工通常运用削、铣、磨等繁琐的工艺，不仅是浪费时间，更是浪费原材料，费时费力费材；且传统方法无法加工异形、复杂的零部件。现代化生产以及智能制造正逐渐取代传统加工行业，成为一种新型的工业生产方式，运用3D激光打印增材技术制造金属零部件，在国内及国际上已成为一种发展迅速且逐渐成熟的新型制造加工技术，可以弥补传统机加工成型的很多不足。
然而，运用增材技术制造的零部件表面粗糙精度差，微观不均匀，外形尺寸精度不够，无法直接满足工业精度要求等缺陷。所以目前通过增材制造的零部件还需要通过后续减材技术进行表面加工处理。已有一些报道及专利将激光增材技术与传统减材工艺结合起来制造，例如公开号为CN108127917A的中国发明专利《一种小型五轴数控可增减材加工的机床》以及公开号为CN107414151A的中国发明专利《3D打印和铣削的增减材复合加工装置》将激光增材系统和机床或五轴联动系统等切削单元结合在一起，先通过激光打印增材制造，再通过切削单元进行铣销加工，从而达到表面精度要求。但是，现有技术中的上述设备装置复杂程度高，工作平台、构造控制单元复杂；且通过切削工艺耗时长，加工过程受切削速度、刀头寿命、切削后处理等影响，导致虽然解决了增材制造表面精度差的问题，但是大大延长了加工时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种加工效率较高，所得金属零件的精度高的高精度增减材3D打印方法，以及实现前述方法的结构简单的3D打印装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高精度增减材3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)首先根据零部件三维图纸模型建立两种模型切片文件，第一种为用于激光增材实体毛坯建造的切片数据文件，该切片数据文件所构成的模型尺寸略大于实际要求尺寸，为后续激光减材加工留够余量；第二种是用于激光减材的轮廓加工的切片数据文件；
(2)设定打印工艺在3D打印装置内根据以下步骤进行打印：
a、激光板卡控制系统根据第一种切片数据文件控制第一激光发生器使用金属粉末采用激光烧结的3D打印方式建造一层或多层实体毛坯；
b、激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制第二激光发生器对步骤a建造的实体毛坯进行精细轮廓修边；
c、利用切片软件判断所述实体毛坯是否加工到最后一层，若否则重复步骤a、b；若是则进行下一个步骤；
d、利用激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制所述第二激光发生器对整个上表面进行精细打磨；
(3)得到打印完成的金属零部件；
所述步骤a所用第一激光发生器为现有技术中用于3D激光打印的普通激光发生器，步骤b、d的所述第二激光发生器发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光进行加工。
优选的，所述金属粉末可以选择不锈钢316L、模具钢1.2709、模具钢CX、模具钢S136、模具钢H13中的任意一种金属粉末，但不仅限于上述材料。
一种实现如前述的高精度增减材3D打印方法的3D打印装置，包括受激光板卡控制系统控制的第一激光发生器，还设置有受激光板卡控制系统控制的发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光的第二激光发生器。第二激光发生器在3D打印装置内采用现有技术中常用的激光发生器设置方式进行设置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明的3D打印方法将减材加工贯穿在增材加工的整个工艺流程之中，使得第二激光发生器进行轮廓精修的精度更高；并且飞秒或皮秒或纳秒激光减材加工属无接触加工，降低了机械加工惯性和机械变形，减少应力，加工质量好，加工精度高；同时，由于激光能量密度高尤其是飞秒加工，可瞬时完成加工，加工效率高；与传统机械加工相比，工件精度更高，且热变形小、无机械变形，快速完成加工命令，使得加工质量显著提高，加工时间显著缩短；而且材料利用率高、经济效益高，激光加工与其他加工技术相比可直接节省材料成本费，且激光加工设备操作维护成本低，对加工费用降低提供了先决条件。最后，激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。本发明所用的3D打印设备通过增加一个能发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光的第二激光发生器与计算机数控技术相结合即可构成高效自动化加工设备，结构简单。
附图说明
图1为本发明的实施例的3D打印方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
下述方法采用的3D打印装置，包括受激光板卡控制系统控制的第一激光发生器，还设置有受激光板卡控制系统控制的发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光的第二激光发生器。第一激光发生器为现有技术中用于3D激光打印的普通激光发生器。第二激光发生器在3D打印装置内采用现有技术中常用的激光发生器设置方式进行设置。
该种高精度增减材3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)首先建立两种模型切片文件，第一种为用于激光增材实体建造的切片数据文件，该切片数据文件所构成的模型尺寸略大于实际要求尺寸，为后续激光减材加工留够余量；第二种是用于激光减材的轮廓加工的切片数据文件；
(2)设定打印工艺在3D打印装置内根据以下步骤进行打印：
模具钢1.2709的模具增减材复合加工
①、按照该零件的图纸，建立两种模型切片文件，第一种为用于激光增材实体毛坯建造的切片数据文件，该切片数据文件所构成的模型尺寸略大于实际要求尺寸，为后续激光减材加工留够余量；第二种是用于激光减材的轮廓加工的切片数据文件；
②、打开设备和程序，设置各打印工艺参数；
③、设备环境准备完成，打印工作准备完成；
④、激光板卡控制系统根据第一种切片数据文件控制第一激光发生器使用1.2709模具钢金属粉末采用激光烧结的3D打印方式建造一层或多层实体毛坯；
⑤、实体毛坯打印完成，程序设定会自动开始减材操作：激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制第二激光发生器对步骤④建造的实体毛坯进行精细轮廓修边；
⑥、利用切片软件判断所述实体毛坯是否加工到最后一层，若否则重复步骤a、b；若是则进行下一个步骤；
⑦、利用激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制所述第二激光发生器对整个上表面进行精细打磨；
⑧、零部件加工完成。通过增材建造和减材精加工，制造出具有精密外形和高精度尺寸的金属零部件，不需要再额外机加工处理。
上述打印过程的流程图可参见图1。
进行上述打印制备该金属零件相对于现有技术中采用机床铣磨加工可以节省约四分之三的时间，并且所得精度可以达到表面精度Ra 1.5um，Rz 6.3um；加工精度±10-20um。
并且采用不锈钢316L、模具钢CX、模具钢S136、模具钢H13等现有技术中常用的金属粉末也可以得到类似的技术效果。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高精度增减材3D打印方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)首先建立两种模型切片文件，第一种为用于激光增材实体建造的切片数据文件，该切片数据文件所构成的模型尺寸略大于实际要求尺寸，为后续激光减材加工留够余量；第二种是用于激光减材的轮廓加工的切片数据文件；
(2)设定打印工艺在3D打印装置内根据以下步骤进行打印：
a、激光板卡控制系统根据第一种切片数据文件控制第一激光发生器使用金属粉末采用3D打印方式建造一层或多层实体毛坯；
b、激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制第二激光发生器对步骤a建造的实体毛坯进行精细轮廓修边；
c、利用切片软件判断所述实体毛坯是否加工到最后一层，若否则重复步骤a、b；若是则进行下一个步骤；
d、利用激光板卡控制系统根据第二种切片数据文件控制所述第二激光发生器对整个上表面进行精细打磨；
(3)得到打印完成的金属零部件；
所述步骤b、d的所述第二激光发生器发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光进行加工。
2.根据权利要求1所述的高精度增减材3D打印方法，其特征在于：所述金属粉末选择不锈钢316L、模具钢1.2709、模具钢CX、模具钢S136、模具钢H13中的任意一种金属粉末。
3.一种实现如权利要求1至2所述的高精度增减材3D打印方法的3D打印装置，包括受激光板卡控制系统控制的第一激光发生器，其特征在于：还设置有受激光板卡控制系统控制的发射飞秒或纳秒或皮秒激光中的任意一种激光的第二激光发生器。
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