CN110523985A - 一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺，包括以下步骤：S1、导向叶片在摆放时应选择顺着刮刀铺粉的方向，上下端面与X‑Y水平面成大于30°夹角，导向叶片与基板之间保持3‑5mm距离，采用支撑方式将零件悬空，打印成形后，线切割将零件与基板分离；S2、采用块状支撑与锥形支撑相结合的方式，对导向叶片进行模型处理；S3、采用棋盘格方式的扫描策略，分区域跳动烧结；S4、工艺参数设置；S5、热处理：在高真空度条件下，升温至1180℃保温1小时，氩气快速冷却。S6、表面处理：零件打印成形后，去除支撑部分。本发明可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印高温合金导向叶片，保证了力学性能、表面质量以及成形精度。

Description

一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺
技术领域
本发明涉及激光选区熔化领域，特别是涉及激光选区熔化制备导向叶片的工艺。
背景技术
随着航空航天军工装备的飞速发展，对装备零部件的性能质量、生产效率以及良品率提出了更高要求，针对传统生产工艺制备的产品性能质量不稳定、生产效率低以及良品率低等问题，需采用先进的快速成型工艺。3D打印技术的出现有效地解决了这一技术难题，可实现复杂结构的快速成型。激光选区熔化技术是3D打印领域中应用前景最广泛的一种加工工艺。该技术不需要使用刀具夹具，即可直接成形。导向叶片的传统制备工艺为精密铸造，良品率低且生产周期长，工序较繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺，包括以下步骤：
S1、选取合适的成形角度：导向叶片在摆放时应选择顺着刮刀铺粉的方向，上下端面与X-Y水平面成大于30°夹角，导向叶片与基板之间保持3-5mm距离，采用支撑方式将零件悬空，打印成形后，线切割将零件与基板分离；
S2、添加支撑：采用块状支撑与锥形支撑相结合的方式，对导向叶片进行模型处理；
S3、激光扫描策略设置：采用棋盘格方式的扫描策略，分区域跳动烧结；
S4、工艺参数设置：打印导向叶片过程中，应用到几项工艺指令，包括：实体填充工艺参数、上表皮工艺参数、下表皮工艺参数、轮廓工艺参数以及尖角工艺参数；
S5、热处理：在高真空度条件下，升温至1180℃保温1小时，氩气快速冷却；
S6、表面处理：零件打印成形后，去除支撑部分，支撑的残余根部使用180目红刚玉打磨头简单打磨后，选用0.1-0.3mm氧化锆、陶瓷丸或石英砂进行360°全方位表面喷砂喷丸处理，表面粗糙度可达到Ra3.2，φ0.5mm的气膜孔直接打印成形。
进一步的，所述步骤S2中块状支撑每小格间距为0.5-1mm。
进一步的，所述步骤S2中锥形支撑直径为0.5-1.5mm。
进一步的，所述步骤S3每烧结一层结束，再次铺粉后整个棋盘格旋转67°，最大程度减少不同层之间棋盘格重合次数。
进一步的，所述步骤S5打印层厚为0.03-0.06mm，实体填充工艺参数包括：激光功率、激光扫描速度、填充间距以及棋盘格宽度，激光功率160W-220W，激光扫描速度为700-1000mm/s，填充间距0.08-0.13mm，棋盘格宽度为5-12mm。
进一步的，所述步骤S5上表皮工艺参数使用激光功率200-260W，激光扫描速度500-800mm/s，激光扫描间距0.08-0.11mm，上表皮扫描策略为整面无图案扫描。
进一步的，所述步骤S5下表皮工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s，激光扫描间距0.11-0.13mm，下表皮扫描策略为整面无图案扫描。
进一步的，所述步骤S5轮廓工艺参数使用单轮廓或双轮廓方式，轮廓激光功率160W-220W，激光扫描速度为700-1000mm/s，双轮廓方式的双轮廓间距为0.08-0.13mm。
进一步的，所述步骤S5尖角工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s。
与现有技术相比，本发明激光选区熔化制备导向叶片的工艺的有益效果是：通过该优化的成形工艺，可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印高温合金导向叶片，力学性能、表面质量以及成形精度等都可以得到保证。直径0.5mm的气膜孔也可以直接打印成形，免去了后续机加工成形气膜孔的工序。
附图说明
图1是导向叶片的结构示意图。
图2是导向叶片的摆放角度示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图2，一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺，包括以下步骤：
S1、选取合适的成形角度：导向叶片在摆放时应选择顺着刮刀铺粉的方向，有助于打印成形，避免卡刀现象出现。上下端面100与X-Y水平面成大于30°夹角，避免成形过程中，逐层铺粉烧结时，突现水平大截面，应力过大使表面翘曲。同时，30°夹角可以避免导流管插孔200内添加支撑，插孔内添加支撑无法去除。导向叶片与基板之间保持3-5mm距离，采用支撑方式将零件悬空，打印成形后，线切割将零件与基板分离，3-5mm高度的支撑易于去除且避免线切割破坏零件。
S2、添加支撑：采用块状支撑与锥形支撑相结合的方式，对导向叶片进行模型处理，在关键部位，如突现位置、边缘位置以及大截面位置，添加锥形支撑加强零件与基板连接。块状支撑每小格间距为0.5-1mm，块状支撑与零件接触位置改用高度2mm填充齿连接，易于后续去除支撑。根据不同位置应力大小选择φ0.5-1.5mm不同直径的锥形支撑。
S3、激光扫描策略设置：为尽可能减少材料内部应力，采用棋盘格方式的扫描策略，分区域跳动烧结。激光烧结时，溅射的金属蒸汽冷凝物会沿着风向落于平整的金属粉床上，采取优先烧结靠近出风口部位的方式，可避免将金属冷凝物再次熔化造成零件内部熔合不良的现象。每烧结一层结束，再次铺粉后整个棋盘格旋转67°，最大程度减少不同层之间棋盘格重合次数。
S4、工艺参数设置：打印导向叶片过程中，主要应用到几项工艺指令，包括：实体填充工艺参数、上表皮工艺参数、下表皮工艺参数、轮廓工艺参数以及尖角工艺参数。
打印层厚为0.03-0.06mm，实体填充工艺参数包括：激光功率、激光扫描速度、填充间距以及棋盘格宽度等。该优化后的工艺方法选用激光功率160W-220W，较小的功率可以确保高温合金保持良好的材料特性，而又不会应力过大导致出现内部微裂纹。激光扫描速度为700-1000mm/s，较低的激光扫描速度可以提高激光能量密度，使材料组织致密，避免未熔合现象出现。填充间距0.08-0.13mm，棋盘格宽度为5-12mm。
上表皮工艺参数使用激光功率200-260W，激光扫描速度500-800mm/s，激光扫描间距0.08-0.11mm，上表皮扫描策略为整面无图案扫描。上表皮激光能量密度较大，可提高上表皮光洁度，提高表面外观质量。
下表皮工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s，激光扫描间距0.11-0.13mm，下表皮扫描策略为整面无图案扫描。下表皮激光能量密度较小，可以防止下层粘粉现象，进一步提高下表皮表面质量，而且有利于下表皮成形，使零件打印成功率提高。
轮廓工艺参数使用单轮廓或双轮廓方式，轮廓激光功率160W-220W，激光扫描速度为700-1000mm/s。如选用双轮廓方式，双轮廓间距为0.08-0.13mm，双轮廓对零件表面质量提高效果明显，表面粗糙度降低。
尖角工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s。尖角位置使用低能量密度工艺参数，可形成精细结构，高能量密度导致尖角变钝。
S5、热处理：在高真空度条件下，升温至1180℃保温1小时，氩气快速冷却。
S6、表面处理：零件打印成形后，去除支撑部分，支撑的残余根部使用180目红刚玉打磨头简单打磨后，选用0.1-0.3mm氧化锆、陶瓷丸或石英砂进行360°全方位表面喷砂喷丸处理，最终表面粗糙度可达到Ra3.2，表面质量较好，φ0.5mm的气膜孔可直接打印成形。
本发明通过该优化的成形工艺，可制备高品质激光选区熔化成形的3D打印高温合金导向叶片，力学性能、表面质量以及成形精度等都可以得到保证。直径0.5mm的气膜孔也可以直接打印成形，免去了后续机加工成形气膜孔的工序。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取合适的成形角度：导向叶片在摆放时应选择顺着刮刀铺粉的方向，上下端面与X-Y水平面成大于30°夹角，导向叶片与基板之间保持3-5mm距离，采用支撑方式将零件悬空，打印成形后，线切割将零件与基板分离；
S2、添加支撑：采用块状支撑与锥形支撑相结合的方式，对导向叶片进行模型处理；
S3、激光扫描策略设置：采用棋盘格方式的扫描策略，分区域跳动烧结；
S4、工艺参数设置：打印导向叶片过程中，应用到几项工艺指令，包括：实体填充工艺参数、上表皮工艺参数、下表皮工艺参数、轮廓工艺参数以及尖角工艺参数；
S5、热处理：在高真空度条件下，升温至1180℃保温1小时，氩气快速冷却；
S6、表面处理：零件打印成形后，去除支撑部分，支撑的残余根部使用180目红刚玉打磨头简单打磨后，选用0.1-0.3mm氧化锆、陶瓷丸或石英砂进行360°全方位表面喷砂喷丸处理，表面粗糙度可达到Ra3.2，φ0.5mm的气膜孔直接打印成形。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S2中块状支撑每小格间距为0.5-1mm。
3.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S2中锥形支撑直径为0.5-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S3每烧结一层结束，再次铺粉后整个棋盘格旋转67°，最大程度减少不同层之间棋盘格重合次数。
5.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S5打印层厚为0.03-0.06mm，实体填充工艺参数包括：激光功率、激光扫描速度、填充间距以及棋盘格宽度，激光功率160W-220W，激光扫描速度为700-1000mm/s，填充间距0.08-0.13mm，棋盘格宽度为5-12mm。
6.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S5上表皮工艺参数使用激光功率200-260W，激光扫描速度500-800mm/s，激光扫描间距0.08-0.11mm，上表皮扫描策略为整面无图案扫描。
7.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S5下表皮工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s，激光扫描间距0.11-0.13mm，下表皮扫描策略为整面无图案扫描。
8.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S5轮廓工艺参数使用单轮廓或双轮廓方式，轮廓激光功率160W-220W，激光扫描速度为700-1000mm/s，双轮廓方式的双轮廓间距为0.08-0.13mm。
9.根据权利要求1所述的激光选区熔化制备导向叶片的工艺，其特征在于：所述步骤S5尖角工艺参数使用激光功率160-200W，激光扫描速度800-1300mm/s。
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