CN111822713A - 一种3d打印零件强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种3D打印零件强化方法，包括以下步骤；将低熔点的金属加热至液态；将低熔点金属填充至3D打印零件内部，然后冷却凝固，得到复合结构件，所述低熔点金属的熔点低于3D打印零件的熔点；对所述复合结构件外力加载；将所述复合结构件加热至低熔点金属和3D打印零件的熔点之间，使低熔点金属液化，从3D打印零件内流出，得到强化后的零件，采用本方案，具有良好的3D打印零件缺陷修复效果，由于低熔点合金凝固后强度较高，在受力过程中对3D打印零件起到支撑作用，3D打印零件不会产生结构损坏，因而适用于各种结构的3D打印零件，具有更广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印成形领域，具体涉及一种3D打印零件强化方法。
背景技术
3D打印技术是一种快速成型技术，也称增材制造。它是一种以数字模型文件为基础，运用金属、陶瓷或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。在制造复杂形状零件，特别是镂空结构零件方面，3D打印技术具有传统成形方法所不具有的优势：既不需要专门的模具，也不需要进行多工序的加工，具有快速高效的优点。
然而大多数的3D打印技术中，材料孔洞等缺陷难以避免，并严重影响了材料的强度。现有技术中，如申请号：CN108340047A，公开了一种锤击强化电弧增材制造铝镁合金的方法，但是此方案在镂空结构、薄壁结构等复杂形状零件在受力较大时会破坏原有结构，因而该方法的应用范围受到很大限制，并且大大降低了3D打印的成形效率。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种3D打印零件强化方法，采用本方案，使用液态的低熔点合金填充固态的3D打印零件内部，在外力加载作用下，促使3D打印零件内部的缺陷受力闭合，具有良好的3D打印零件缺陷修复效果，由于低熔点合金凝固后强度较高，在受力过程中对3D打印零件起到支撑作用，3D打印零件不会产生结构损坏，因而适用于各种结构的3D打印零件，具有更广泛的适用性。
本发明采用的技术方案为：一种3D打印零件强化方法，包括以下步骤；
S1：将低熔点的金属加热至液态；
S2：将低熔点金属填充至3D打印零件内部，然后冷却凝固，得到复合结构件，所述低熔点金属的熔点低于3D打印零件的熔点；
S3：对所述复合结构件外力加载；
S4：将所述复合结构件加热至低熔点金属和3D打印零件的熔点之间，使低熔点金属液化，从3D打印零件内流出，此时3D打印零件已被强化。
本方案具体运作时，3D打印零件的过程中，零件内部往往会存在部分缺陷，此时将低熔点金属熔化填充至3D打印的零件内部，再通过冷却凝固，此时3D打印的零件内部缺陷会被低熔点金属填补，得到复合结构件，然后对得到的复合结构件进行外力加载，因冷却凝固后的低熔点金属强度较高，在3D打印零件的过程中还能起到支撑作用，使3D打印零件不会产生结构损坏，并促使3D打印零件内部缺陷受力闭合，最后在对复合结构件进行加热，因低熔点金属的熔点低于3D打印的零件熔点，而加热温度处于低熔点金属和3D打印的零件熔点之间，加热过程中，低熔点金属液化，从3D打印的零件内部流出，从而达到修复缺陷的效果。
进一步的，为方便操作，设置为：S2还包括以下子步骤：将所述3D打印零件浸渍在所述低熔点金属溶液中。
进一步的，在外力加载过程中，对复合结构件进行加热，且不会熔化，使复合结构件达到一定的温度，外力加载效果更好，设置为：S3还包括以下子步骤：将复合结构件加热，加热温度小于所述低熔点金属的熔点。
进一步的，在外力加载过程中，为使复合结构件整体受力和修复效果更好，设置为：所述外力加载的方式为三向压应力。
进一步的，在外力加载过程中，为使复合结构件产生微变形以利于裂纹愈合，设置为：所述外力加载的载荷大于所述复合结构件的屈服强度。
进一步的，在低熔点金属和所述3D打印零件受外力加载时，为使缺陷部分不会因两者屈服强度相差太大，导致支撑困难，设置为：所述低熔点金属和所述3D打印零件的屈服强度差值小于50MPa。
进一步的，在S4过程中，为低熔点金属的熔化不会影响3D打印零件，设置为：使所述低熔点金属的熔点低于3D打印零件的熔点30℃以上。
进一步的，为达到更好的修复效果，设置为：所述低熔点金属为锡、锡合金或锡基复合材料。
进一步的，为和锡金属更好的配合，设置为：所述3D打印零件材料采用不锈钢、铝合金、钛合金或镁合金。
进一步的，本方案最适合使用在镂空结构中，设置为：所述3D打印零件为镂空结构。
本发明具有以下有益效果：
本方案提供了一种3D打印零件强化方法，采用本方案，在使用液态的低熔点合金填充固态的3D打印零件内部，在外力加载作用下，促使3D打印零件内部的缺陷受力闭合，具有良好的3D打印零件缺陷修复效果，由于低熔点合金凝固后强度较高，在受力过程中对3D打印零件起到支撑作用，3D打印零件不会产生结构损坏，因而适用于各种结构的3D打印零件，具有更广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的3D打印零件强化方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明的3D打印零件强化方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为本发明的3D打印零件强化方法制备过程中的3D打印零件及复合结构件的结构变化示意图。
图中附图标记为：1、3D打印零件，2、低熔点金属。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供了一种3D打印零件强化方法，如图1和图3所示，图1为本发明的3D打印零件强化方法的一个实施例的流程示意图，图3为本发明的3D打印零件强化方法制备过程中的3D打印零件及复合结构件的结构变化示意图。
本实施例中的3D打印零件1为不锈钢材质，在本发明其他实施方式中，3D打印零件1也可以是钛合金、铝合金和镁合金等金属，还可以是陶瓷、高分子材料或者复合材料，这些材质的3D打印零件1在成形过程中，都可能出现内部缺陷。如图1所示，3D打印零件1的强化方法包括以下步骤：
S1：将低熔点金属2加热至液态。
具体地，这里的低熔点合金为纯锡，纯锡的熔点较低，只有230℃，其熔点低于3D打印零件1基体的熔点。
S2：将低熔点金属2填充至3D打印零件1内部，然后冷却凝固，得到复合结构件，所述低熔点金属2的熔点低于3D打印零件1的熔点。
在本发明实施例其他实施方式中，低熔点合金还可以是锡铋合金、锡铅合金等锡合金，也可以是铅合金、锌合金等其他熔点较低的金属或者合金，只要保证低熔点金属2的熔点低于3D打印零件1的熔点，以保证低熔点金属2可以以液态形式填充到固体的3D打印零件1内部，使得内部空隙被充满，在凝固后，低熔点合金起到良好的支撑作用。
为了保证液态金属填充对3D打印零件1影响较小，优选地，低熔点金属2与3D打印零件1的熔点差值大于30℃。具体地，3D打印零件1不锈钢基材的熔点为1400℃，因此本实施例选择了熔点230℃的低熔点金属-锡。
本步骤中的加热温度需要大于低熔点金属-锡的熔点230℃而要小于不锈钢3D打印零件1熔点1400℃，这里优选地选择低熔点金属2熔点之上30至80℃，这里具体为260℃-310℃，此时可以保证低熔点金属2的流动性较好，便于填充至3D打印件内部，同时减少对3D打印零件1组织的热影响。
本实施例中，低熔点金属2填充3D打印零件1的方式是通过将3D打印零件1浸渍至液态低熔点合金里实现的，可以实现填充的比较充分。在本发明其他实施例的实施方式中，还可以通过压铸、粉末冶金等方式实现低熔点金属2填充3D打印零件1的内部。
S3：对复合结构件进行外力加载。
具体地，复合构件可以通过压力机加压等方式进行加压，通过加压的方式促进3D打印零件1内部缺陷受压愈合，同时纯锡对3D打印零件1起到支撑作用，防止3D打印零件1破坏。优选地，加载方式为三向压应力，可以通过外加模具等方式实现，可以实现复合结构件均匀受力，同时也不容易产生结构损坏。
S4：将所述复合结构件加热至低熔点金属2和3D打印零件1的熔点之间，使低熔点金属2液化，从3D打印零件1内流出，此时3D打印零件1已被强化。
与填充过程相似，本步骤中的加热温度需要大于低熔点金属2锡的熔点230℃而要小于不锈钢3D打印零件1熔点1400℃，这里优选地选择低熔点金属2熔点之上30至80℃，这里具体为260℃-310℃，此时可以保证低熔点金属2的流动性较好，便于流出，同时减少对3D打印零件1组织的热影响。
3D打印零件1的各部分强度存在一定差异，特别是对于镂空结构、高筋结构等异形零件，因而在施加外载荷时，3D打印零件1容易出现不均匀受力而局部破坏。本实施例中，纯锡被填充至3D打印零件1内部，纯锡与3D打印零件1界面结合较好，同时由于纯锡等低熔点金属2强度要远高于大部分的高分子树脂材料，在3D打印零件1受压时，纯锡能够对3D打印零件1进行有效地支撑，使得3D打印零件1受力均匀，整体产生微变形，在修复内部缺陷的同时不会破坏3D打印零件1。在纯锡被加热到熔点以上，从3D打印零件1表面脱离，3D打印零件1恢复原来的形状，由于纯锡等低熔点金属2熔点较低，在填充与去除过程中，不会对3D打印零件1的组织与性能产生明显影响，因而该方法具有适用性广，修复效果好且对3D打印零件1影响较小的优点。
实施例2:
请参阅图2和图3，图2为本发明的3D打印零件强化方法的另一个实施例的流程示意图，图3为3D打印零件强化方法制备过程中的3D打印零件及复合结构件的结构变化示意图，本实施例中的3D打印零件1为镂空结构，材质为钛合金，低熔点金属2为锡基复合材料。本实施例中3D打印零件强化方法包括以下步骤：
S1：将锡基复合材料加热至液态。
锡基复合材料的熔点与纯锡比较接近，然而抗拉强度可以达到200MPa以上，是一种高强度的支撑材料。
S2：将锡基复合材料填充至3D打印零件1内部，然后冷却凝固，得到复合结构件，所述锡基复合材料的熔点低于3D打印零件1的熔点；
如图3所示，复合结构件包括3D打印零件1和锡基复合材料，锡基复合材料包裹住了3D打印零件1，从而对3D打印零件1进行有效的支撑。在本发明其他实施方式中，低熔点合金填充至3D打印零件1内部即可，此时已支撑足够的支撑作用。此外，对于薄板高筋等结构，例如筒形结构等，容易出现变形破坏，因此也适用于低熔点金属2填充的方法。
S3：对所述复合结构件进行外力加载。
本实施例中，加载方式优选为热等静压的方式，加热温度50至100度，以降低复合结构件变形抗力，该加热温度可以根据低熔点合金的性质进行确定，保证一定的强度。为了实现更好的修复效果，优选地，外加载荷大于复合结构件的屈服应力，此时复合结构件产生塑性变形，使得缺陷更容易被修复。
S4：将所述复合结构件加热至锡基复合材料和3D打印零件1的熔点之间，使锡基复合材料液化，从3D打印零件1内流出，此时3D打印零件1已被强化。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种3D打印零件强化方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1：将低熔点的金属加热至液态；
S2：将低熔点金属(2)填充至3D打印零件(1)内部，然后冷却凝固，得到复合结构件，所述低熔点金属(2)的熔点低于3D打印零件(1)的熔点；
S3：对所述复合结构件外力加载；
S4：将所述复合结构件加热至低熔点金属(2)和3D打印零件(1)的熔点之间，使低熔点金属(2)液化，从3D打印零件(1)内流出，此时3D打印零件(1)已被强化。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，S2还包括以下子步骤：将所述3D打印零件(1)浸渍在所述低熔点金属(2)溶液中。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，S3还包括以下子步骤：将所述复合结构件加热，加热温度小于所述低熔点金属(2)的熔点。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述外力加载的方式为三向压应力。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述外力加载的载荷大于所述复合结构件的屈服强度。
6.根据权利要求5所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述低熔点金属(2)和所述3D打印零件(1)的屈服强度差值小于50MPa。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述低熔点金属(2)的熔点低于3D打印零件(1)的熔点30℃以上。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述低熔点金属(2)为纯锡、锡合金或锡基复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述3D打印零件(1)材料采用不锈钢、铝合金、钛合金或镁合金。
10.根据权利要求1所述的一种3D打印零件强化方法，其特征在于，所述3D打印零件(1)为镂空结构。
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