CN111872392B - 一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，包括如下步骤：(1)、建立三维立体模型；(2)、将所述三维立体模型划分为不同部分；(3)、将所述三维立体模型进行切片处理并将数据信息传输到激光增材制造的计算机控制系统；(4)、确定所需粉末组成与配比；(5)确定所述零部件激光加工工艺参数和扫描方式；(6)、配置好所述零件性能不同的各部分所需粉末；(7)、将所述零件性能不同的各部分所需粉末放入干燥箱进行干燥保温；(8)、对零部件加工。本发明的通过激光增材制造技术打印的局部强化铁基合金零部件成形性良好、无缺陷，可以应用于工作环境不恒定的工况条件下，具有良好的工程应用前景。

Description

一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种增材制造方法，具体地说是一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法。
背景技术
目前，铁基合金因其来源广、价格低廉和综合性能良好等优点被广泛应用于国民经济的各个领域，并随着社会的发展及对铁基合金零部件的要求日益提高。在航空航天、汽车发动机、电子元器件和人造脏器等众多领域中，有一部分铁基合金零部件长时间工作在特殊场合，零部件的不同部位承受的温度和要求的性能各不相同。如发动机活塞等在不恒定的环境下运行的零部件，其顶部与缸盖、缸壁构成燃烧室，承受的温度高达600-700K，需要特殊耐高温疲劳；活塞裙部引导活塞在气缸中做往复运动，同时受到机械负荷和热负荷的作用。因此采用单纯的铁基合金制造难以满足零件的性能需求，因此，局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法将是一个可以快速、低成本，高效率解决问题的途径。
激光增材制造是一种兼顾精确成形和高性能需求的一体化快速制造技术，是一种显著区别于传统减材加工的增材制造方法。与传统加工技术相比，激光增材制造技术具有制造过程柔性化程度高、产品生产周期短、加工速度快、能够生产复杂零件等优势，同时可实现零部件的功能化设计。能够以更快、更低成本以及更有弹性的方式制造高要求零部件。但是仅局限于单一材料的增材制造，对个性化零部件的增材制造将是一种创新性的、有潜力的快速制造技术。
发明内容
根据上述提出的技术问题，本发明提出的一种局部强化铁基合金零部件的增材制造方法，采用三维软件对零部件进行立体建模，并用切片软件对零部件的立体模型进行切片处理。按照零部件性能的实际要求设计各部分粉末组成与配比，并确定各部分激光加工工艺参数与扫描方式。层层扫描，实现局部强化零部件的激光增材制造。能够解决铁基合金在性能上的不足，实现特定零部件的快速加工制造。
本发明采用的技术手段如下：
一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，包括如下步骤：
(1)、根据零部件的实际尺寸，运用三维软件设计出零部件的三维立体模型；
(2)、根据零部件不同部分对性能的不同要求，将所述三维立体模型划分为不同部分；
(3)、将所述三维立体模型用切片软件进行切片处理并保存为STL文件，并将STL文件数据信息传输到激光增材制造的计算机控制系统；
(4)、确定所述零部件性能不同的各部分的粉末组成与配比；
(5)、根据步骤(3)确定所述零部件性能不同的各部分的激光加工工艺参数和扫描方式；
(6)、根据步骤(4)所确定各部分的粉末组成与配比，配置好所述零件性能不同的各部分所需粉末；
(7)、将所述零件性能不同的各部分所需粉末放入干燥箱进行干燥保温；
(8)、在送粉气和保护气作用下，按照步骤(5)确定的零部件各部分的激光加工工艺参数和扫描方式进行逐层扫描，由下至上完成零部件的所有部分的增材制造。
进一步地，在所述步骤S2中，将所述三维立体模型划分为三部分，其中中间部分为常规部分，所述常规部分的顶部和底部分别为强化部分。
进一步地，所述强化部分的增强颗粒呈梯度变化。
进一步地，在所述步骤(8)中所述零部件相临两层之间的激光扫描路径相互垂直。
进一步地，在所述步骤(8)中所述激光的光斑直径均为2mm。
进一步地，在所述步骤(8)中，所述送粉气为Ar，纯度为99.99％，流量为6L/h，保护气为Ar，纯度为99.99％，流量为12L/h。
进一步地，在所述步骤(8)中，所述零部件增材制造过程中层内单道间搭接率为45％，层与层间提升量为400μm。
本发明具有以下优点：
本发明的通过激光增材制造技术打印的局部强化铁基合金零部件成形性良好、无缺陷，可以应用于工作环境不恒定的工况条件下，具有良好的工程应用前景。
本发明可以实现特殊工作环境下局部强化零部件的快速增材制造，生产周期短，柔性高。
本发明通过局部强化传统铁基合金零部件的方法，降低了生产成本，减少了贵重资源的消耗，有利于可持续发展。
基于上述理由本发明可在激光增材等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式中零部件层片信息图。
图2是本发明具体实施方式中扫描路径图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～图2所示，一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，包括如下步骤：
(1)、根据零部件的实际尺寸，运用三维软件设计出零部件的三维立体模型；所述三维软件可为Unigraphic或SolidWorks或Pro/Engineer：
(2)、根据零部件不同部分对性能的不同要求，将所述三维立体模型划分为不同部分；本实施例为三部分，中间部分为常规部分；顶部和底部两部分为强化部分，且顶部强化颗粒数量由下至上逐渐增加，底部则是由下至上逐渐减少，如图1所示。
(3)、将所述三维立体模型用切片软件(可用CAD软件等)进行切片处理并保存为STL文件，并将STL文件数据信息传输到激光增材制造的计算机控制系统；
(4)、确定所述零部件性能不同的各部分的粉末组成与配比；中间部分采用常见铁基合金粉末，成分为：C：0.12％，Cr：16.5％，Si：0.8％，B：0.9％，余量为Fe和其它残留元素；强化部分加入TiC、Al2O3和ZrO2中一种或两种混合增强颗粒；粘结剂采用热固型的酚醛树脂或环氧树脂或水玻璃做粘结剂，加入环己酮或甲醇溶剂使其溶解成树脂溶液；
(5)、根据步骤(3)确定所述零部件性能不同的各部分的激光加工工艺参数和扫描方式；
(6)、根据步骤(4)所确定的粉末组成与配比，配置好所述零件性能不同的各部分所需粉末；将铁基合金粉末、增强颗粒和粘结剂按照所需的比例进行配置后，放入球磨机，将所需剂量的树脂溶解于环己酮或甲醇溶剂使其溶解成树脂溶液；搅拌均匀后倒入混合粉里，将球体磨球按照2:1～4:1球料比配置好加入球磨机，经4～25小时的充分混料，然后将混合的粉末进行干燥、破碎和筛分，配置好所需粉末。
(7)、将所述零件性能不同的各部分所需粉末放入干燥箱在100℃下进行干燥保温；
(8)、在送粉气和保护气作用下，按照步骤(5)确定的零部件各部分的激光加工工艺参数和扫描方式进行逐层扫描，由下至上完成零部件的所有部分的增材制造。强化部分工艺参数优选为：激光功率选450W，扫描速度420mm/min，送粉率6.96g/min；中间常规部分工艺参数优选为：激光功率400W，扫描速度300mm/min，送粉率8.66g/min；扫描方式则为上下相邻两层垂直叠加，如图2所示。所述激光的光斑直径均为2mm。所述送粉气为Ar，纯度为99.99％，流量为6L/h，保护气为Ar，纯度为99.99％，流量为12L/h。所述零部件增材制造过程中层内单道间搭接率为45％，层与层间提升量为400μm。强化部分增强颗粒是成梯度变化的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、根据零部件的实际尺寸，运用三维软件设计出零部件的三维立体模型；
（2）、根据零部件不同部分对性能的不同要求，将所述三维立体模型划分为不同部分；
（3）、将所述三维立体模型用切片软件进行切片处理并保存为STL文件，并将STL文件数据信息传输到激光增材制造的计算机控制系统；
（4）、确定所述零部件性能不同的各部分的粉末组成与配比；
（5）、根据步骤（3）确定所述零部件性能不同的各部分的激光加工工艺参数和扫描方式；
（6）、根据步骤（4）所确定各部分的粉末组成与配比，配置好所述零部件性能不同的各部分所需粉末；
（7）、将所述零部件性能不同的各部分所需粉末放入干燥箱进行干燥保温；
（8）、在送粉气和保护气作用下，按照步骤（5）确定的零部件各部分的激光加工工艺参数和扫描方式进行逐层扫描，由下至上完成零部件的所有部分的增材制造；
在所述步骤（2）中，将所述三维立体模型划分为三部分，其中中间部分为常规部分，所述常规部分的顶部和底部分别为强化部分；所述强化部分的增强颗粒呈梯度变化，且顶部强化颗粒数量由下至上逐渐增加，底部则是由下至上逐渐减少；
常规部分采用铁基合金粉末，成分为：C：0.12%，Cr：16.5%，Si：0.8%，B：0.9%，余量为Fe和其它残留元素；强化部分加入TiC、Al2O3和ZrO2中一种或两种混合增强颗粒；粘结剂采用热固型的酚醛树脂，加入环己酮或甲醇溶剂使其溶解成树脂溶液；
强化部分工艺参数为：激光功率选450W，扫描速度420mm/min，送粉率6.96g/min；中间常规部分工艺参数为：激光功率400W，扫描速度300mm/min，送粉率8.66g/min。
2.根据权利要求1所述的一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，其特征在于，在所述步骤（8）中所述零部件相临两层之间的激光扫描路径相互垂直。
3.根据权利要求1所述的一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，其特征在于，在所述步骤（8）中所述激光的光斑直径均为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，其特征在于，在所述步骤（8）中，所述送粉气为Ar，纯度为99.99%，流量为6L/h，保护气为Ar，纯度为99.99%，流量为12L/h。
5.根据权利要求1所述的一种局部强化铁基合金零部件的激光增材制造方法，其特征在于，在所述步骤（8）中，所述零部件增材制造过程中层内单道间搭接率为45%，层与层间提升量为400µm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113134629A (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种基于多段耦合调控性能的激光增材制造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2359964A1 (de) * 2010-01-26 2011-08-24 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Herstellen eines 3-dimensionalen Bauteils mittels selektiven Laserschmelzens (SLM)
CN104226996A (zh) * 2014-08-31 2014-12-24 江苏大学 一种激光3d打印泵用叶轮的装置及方法
CN105583401A (zh) * 2015-12-25 2016-05-18 华中科技大学 一种制备用于3d打印的复合粉末的方法、产品以及应用
CN106001571A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 四川天塬增材制造材料有限公司 一种金属零件激光选区合金化增材制造方法
CN108326285A (zh) * 2018-03-15 2018-07-27 沈阳工业大学 激光增材制造新型内韧外刚耐磨铁基合金所用粉料
CN110152070A (zh) * 2019-05-27 2019-08-23 南通罗伯特医疗科技有限公司 加入造孔剂的可降解多孔铁基接骨板及其增材制造方法
WO2019221999A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Arconic Inc. Binder jet sintering additives and methods of use thereof
WO2020154112A1 (en) * 2019-01-22 2020-07-30 Exxonmobil Research And Engineering Company Multi-metallic articles of manufacture

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2359964A1 (de) * 2010-01-26 2011-08-24 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Herstellen eines 3-dimensionalen Bauteils mittels selektiven Laserschmelzens (SLM)
CN104226996A (zh) * 2014-08-31 2014-12-24 江苏大学 一种激光3d打印泵用叶轮的装置及方法
CN105583401A (zh) * 2015-12-25 2016-05-18 华中科技大学 一种制备用于3d打印的复合粉末的方法、产品以及应用
CN106001571A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 四川天塬增材制造材料有限公司 一种金属零件激光选区合金化增材制造方法
CN108326285A (zh) * 2018-03-15 2018-07-27 沈阳工业大学 激光增材制造新型内韧外刚耐磨铁基合金所用粉料
WO2019221999A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Arconic Inc. Binder jet sintering additives and methods of use thereof
WO2020154112A1 (en) * 2019-01-22 2020-07-30 Exxonmobil Research And Engineering Company Multi-metallic articles of manufacture
CN110152070A (zh) * 2019-05-27 2019-08-23 南通罗伯特医疗科技有限公司 加入造孔剂的可降解多孔铁基接骨板及其增材制造方法

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