CN111299579A - 一种提高slm金属打印制品内部质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于SLM 3D(选区激光熔化)打印领域，具体涉及一种能够提高SLM金属打印成品内部质量的发明，这项发明的主要原理为通过在打印的同时对打印制品施加上部或者下部的压下力，对打印过程中的金属打印件提供类似于压轧的过程，最终减少打印成品的中心疏松以及中心偏析。该发明优点为仅需要对传统的SLM(选区激光熔化)3D打印机进行改造，主要包括对打印喷头部分进行改造，同时增加对应的机械电力系统，同时对相应的软件系统进行改造，对于核心的激光系统，不需要进行改造，能够降低原有的设备成本。

Description

一种提高SLM金属打印制品内部质量的方法
技术领域
本发明属于SLM 3D打印领域，具体涉及一种能够减少SLM金属打印成品中心疏松以及中心偏析的新发明。
技术背景
金属3D打印的应用领域相当广泛，如航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、医疗、石化工程、食品加工、造纸、电力工程、珠宝、时装等。
由于在打印速度、尺寸和成本上的限制，金属3D打印目前主要应用在一些高尖端产业诸如航空航天和生物医学等领域。目前金属材料使用的主要是SLM法，其中铺粉后使用红外激光进行打印方式最为广泛。但是在生产过程中，容易出现一些中心疏松以及中心偏析的问题，这主要与SLM法的原理有关，SLM法在快速的扫描过程中熔化金属粉末，熔化过程是一个金属粉末先熔化后凝固的过程，并按照程序设计成型。熔化过程中表面的金属粉末开始熔化，再逐渐延伸到内部，表面的粉末在熔化后开始凝固，凝固的时间早于粉末内部，表面部分产生比内部更大程度的收缩，容易造成产品内部的孔洞与疏松。但是由于缺少传统工艺中的锻造、铸轧以及电磁搅拌等增强产品内部质量的工艺，3D打印金属制品无法在线解决出现的内部中心疏松以及孔洞。
发明内容
本发明的目的在于提供能够减少3D打印金属制品中心疏松以及缩孔的方法。
该新发明包括机械电气部分以及软件程序控制部分，其中机械电气部分包括：
1.具有左右以及上下移动功能的旋转辊，该旋转辊通过伸缩杆连接在滑轨上，滑轨通过滑道进行左右移动，对应的滑轨通过电气驱动；
2.具有上下移动功能的金属板，铺粉板由三块具有上下移动功能的金属板组成，金属板下方的升降杆以电气驱动的方式实现上下移动。
3.具有与机械电气部分相对应的软件程序控制部分，主要包括操作面板上增加的旋转辊位置上、下、左、右移动按钮以及3根升降杆的上下移动按钮。
当金属粉末由铺粉辊平铺在铺粉板上时，红外激光发生器以一定的扫描速率在金属粉末上进行扫描，融化相应的金属粉末，凝固形成金属制品，旋转辊按照激光器扫描速率同步的速度，对完成激光融化的金属粉末施加一定的压下力，同时铺粉板对应的位置提供向上的移动，在上下合力作用下，提供处于初始凝固状态的金属打印试样内部挤压力，减少了中心疏松以及缩孔的出现。
附图说明
图1是表示本发明工作时对形成金属制品内部的疏松以及缩孔的挤压作用的示意图；
图2是表示本发明打印喷头机械部分的设计图
图3是表示本发明对应控制面板上的程序控制变化示意图；
图4是表示本发明实施例一的未改造SLM法打印金属制品内部结构图；
图5是表示本发明实施例一的打印金属制品内部结构图；
图6是表示本发明实施例二的未改造SLM法打印金属制品内部结构图；
图7是表示本发明实施例二的打印金属制品内部结构图。
具体实施方式
参阅图1、图2及图3，所有金属粉末使用该发明进行3D打印时均遵循以下步骤：
1.吹扫打印机送粉仓，将上次残余金属粉末吹扫干净。
2.加入金属粉末至送粉仓。
3.调整铺粉辊的参数，保证铺粉辊能够均匀地平铺金属粉末。
4.根据扫描速率对应调整旋转辊位置，以及三个升降杆的位置，确保在激光扫描结束后，旋转辊能够对生成的金属制品有压下力，同时升降杆能够对应产生向上的推动力。
5.重复该项操作，直至金属制品打印完毕。
实施举例1：
某304不锈钢金属粉末，其化学成分与颗粒度如表1所示：
表1.某304不锈钢金属粉末粒度与化学成分
Figure RE-GDA0002490597650000041
打印金属制品为40*20*10mm金属块体，使用激光功率为250w，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm，扫描速度为600mm/s，使用该新方法进行打印，同时为了显示对比，使用未改造的SLM法进行打印，对比结果如图4、5所示，图4为本发明实施例一的未改造SLM法打印金属制品内部结构图，图5为本发明实施例一的打印金属制品内部结构图。
对比两图，新发明具有良好的减少金属制品内部疏松与缩孔的效果。
实施举例2：
某316L不锈钢金属粉末，其化学成分与颗粒度如表2所示：
表2.某316L不锈钢金属粉末粒度与化学成分
C Si Mn P S Cr Ni Mo D10μm D50μm D90μm
0.05％ 0.80％ 1.50％ 0.020％ 0.015％ 17.20％ 12.50％ 2.5％ 20.5％％ 39.5％ 67.8％
打印金属制品为40*20*10mm金属块体，使用激光功率为200w，铺粉层厚为0.02mm，扫描间距为0.1mm，扫描速度为600mm/s,使用该新发明进行打印，同时为了显示对比，使用未改造SLM法进行打印，对比结果如图6、7所示，图6为本发明实施例二的未改造SLM法打印金属制品内部结构图，图7为本发明实施例二的打印金属制品内部结构图。
对比两图，新发明具有良好的减少金属制品内部缩孔的效果。

Claims (9)

1.本专利涉及一种能够提高SLM金属打印成品内部质量的发明。
2.权利要求1所涉及的发明是在铺粉板的上方垂直悬挂着一个旋转辊，该旋转辊的特点为能够上下以及左右移动。
3.根据权利要求1所述的旋转辊，其特征在于，旋转辊的转辊长度小于铺粉板三分之一长度。
4.据权利要求2或3所述的旋转辊，其特征在于固定在一个伸缩杆上，该伸缩杆能够帮助旋转辊实现上下移动的功能，旋转辊通过伸缩杆固定在滑轨上，滑轨通过电气驱动能够实现左右移动的功能。
5.根据权利要求4所述的滑轨通过滑轮悬挂在滑道上，在滑道上左右运行。
6.根据权利要求2、3或4所述的旋转辊特征在于控制面板上增加了旋转辊位置控制开关，旋转辊位置开关能够控制旋转辊的上、下、左、右位置。
7.一种提高SLM金属打印制品内部质量的方法，特征在于铺粉面板下安装有三根升降杆，该升降杆能够驱动铺粉面板上下移动。
8.根据权利要求7所述的升降杆，特征在于升降杆1、升降杆2、升降杆3能够与激光扫描速率保持一致。
9.根据权利要求8所述的升降杆，控制面板上升降杆1、升降杆2、升降杆3分别能够控制上下位置。
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