CN112317762A - 一种内流道零件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种内流道零件的制造方法。该方法包括：设计与内流道零件中内流道相适配的至少一条随形结构，且该随形结构与内流道壁无接触设置；将零件粉末进行铺设，且预热后通过高能束将零件粉末进行选区熔化成形；重复零件粉末铺设和熔化成形步骤，直至零件和随形结构打印完成；抽拉随形结构，以通过该随形结构将内流道的粉末带出。本发明通过将零件与随形结构一同打印，在打印完成需进行粉末清理时，通过抽拉随形结构，从而将内流道内的粉末通过随形结构带出，不仅起到清除内流道粉末的作用，而且随形结构设置在内流道，还能够对内流道起到固定粉末及支撑零件的作用。

Description

一种内流道零件的制造方法

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种内流道零件的制造方法。

背景技术

增材制造俗称3D打印，是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。其中，粉末床3D打印技术是以粉末为原材料，根据成形件模型的分层切片信息，逐层熔化待成形区域内的粉末，经冷却后成形，扫描完一层，工作台下降一定高度，再铺一层粉，再熔化，就这样反复累积，直到完成整个零件的成形。

增材制造技术可加工的结构复杂度远大于传统的加工技术，不仅能够加工出复杂的外部造型，也可以加工出传统加工方法完全无法实现的复杂内部流道。

内流道零件大多数采用铸造方式实现，浇注过程中可能会出现气孔、针孔、夹杂、裂纹、未浇足、夹砂等缺陷，废品率较高，制造成本高。近几年发展的增材制造技术，可以实现内流道零件的成形，但也有一些无法解决的难题，一是对于复杂的内流道，无法添加支撑，导致成形过程中，会出现塌陷、变形、翘曲等缺陷；二是打印完成后，流道内粉末板结，粉末难以清除；尤其是对于内流道较长、内径小，或者流道复杂的零件，粉末板结后难以清除，采用高压气体的方式，只能清除靠近零件外表面的流道，对于复杂曲折的内流道难以清除。

因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内流道零件的制造方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明提供一种内流道零件的制造方法，该方法包括：

设计与内流道零件中内流道相适配的至少一条随形结构，且该随形结构与所述内流道无接触设置；

将所述零件粉末进行铺设，且预热后通过高能束将所述零件粉末进行选区熔化成形；

其中，所述选区熔化成形包括所述高能束对所述零件基体区域熔化成形和对所述随形结构区域熔化成形；

重复所述零件粉末铺设和熔化成形步骤，直至所述零件和所述随形结构打印完成；

反复抽拉所述随形结构，以通过该随形结构将所述内流道的粉末带出，便于清理所述内流道的粉末。

本发明的实施例中，该方法还包括：

将所述随形结构从所述内流道抽出后，向所述内流道内鼓入高压气体，以对所述内流道内的粉末进行清除。

本发明的实施例中，所述将所述零件粉末进行铺设的步骤，包括：

预热成形基板；

将所述零件粉末均匀铺设于所述成形基板上。

本发明的实施例中，所述随形结构与所述内流道形状适配，且该随形结构随所述零件基体的打印一同打印，并用于支撑所述零件基体。

本发明的实施例中，所述随形结构与所述内流道之间的距离大于所述零件粉末的粒径，且大于所述高能束的束斑直径。

本发明的实施例中，所述随形结构在所述内流道内呈堆积状，以在抽拉所述随形结构时便于所述内流道内的粉末被带出。

本发明的实施例中，所述随形结构由多个依次串联的环构成。

本发明的实施例中，所述环的直径小于所述内流道的直径。

本发明的实施例中，所述环的形状是圆形、椭圆形、正方形、长方形、哑铃状和不规则状中的至少一种。

本发明的实施例中，所述高能束为电子束或激光束。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本发明提供的内流道零件的制造方法，通过将内流道零件进行内部随形结构设置，且随形结构能够随内流道的形状变化，并将零件与随形结构一同打印，在打印完成需进行粉末清理时，通过反复抽拉随形结构，从而将内流道内的粉末通过随形结构带出，不仅起到清除内流道粉末的作用，而且随形结构设置在内流道，还能够对内流道起到固定粉末及支撑零件的作用。

附图说明

图1示出本发明示例性实施例中内流道零件的制造流程图；

图2示出本发明示例性实施例中内流道零件的制造流程图；

图3示出本发明示例性实施例中内流道零件的制造流程图；

图4示出本发明示例性实施例中内流道零件结构示意图；

图5示出本发明示例性实施例中随形结构示意图；

图6示出本发明示例性实施例中内流道零件结构示意图。

图中：零件100；内流道200；粉末101；随形结构300。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中提供了一种内流道零件100的制造方法。参考图1中所示，该方法可以包括：

步骤S101：设计与内流道零件100中内流道200相适配的至少一条随形结构300，且该随形结构300与所述内流道200无接触设置。

步骤S102：将所述零件粉末101进行铺设，且预热后通过高能束将所述零件粉末101进行选区熔化成形；其中，所述选区熔化成形包括所述高能束对所述零件100基体区域熔化成形和对所述随形结构300区域熔化成形。

步骤S103：重复所述零件粉末101铺设和熔化成形步骤，直至所述零件100和所述随形结构300打印完成。

步骤S104：反复抽拉所述随形结构300，以通过该随形结构300将所述内流道200的粉末101带出，便于清理所述内流道200的粉末101。

根据上述实施例提供的内流道零件100的制造方法，通过将内流道零件100进行内部随形结构300设置，且随形结构300能够随内流道200的形状变化，并将零件100与随形结构300一同打印，在打印完成需进行粉末101清理时，通过反复抽拉随形结构300，从而将内流道200内的粉末101通过随形结构300带出，不仅起到清除内流道粉末101的作用，而且随形结构300设置在内流道200，还能够对内流道200起到固定粉末101及支撑零件100的作用。

下面，将参考图1至图6对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。

在步骤S101中，在内流道零件100打印之前，先设计内流道零件100的三维模型，并根据内流道200的形状尺寸设计与其适配的随形结构300，该随形结构300能够相对于内流道200运动，且与内流道200不接触，以避免零件100与随形结构300在一起打印时粘连在一起。需要说明的是，随形结构300可设置多条，可根据具体内流道200的形状尺寸以及随形结构300的尺寸进行设置，设置多条随形结构300更便于对零件100基材进行支撑，且更利于将内流道200内的粉末101带出。

在步骤S102中，在内流道零件100三维模型建立好后，对该零件100模型进行切片处理，具体可参考现有技术，并将切片数据导入打印设备，然后启动铺粉设备，将待加工零件100的粉末101进行铺设，并对铺设的粉末101进行预热及通过高能束选区熔化成形处理，以使零件100熔化-凝固成形。在选区熔化成形过程中，因零件100的内流道200区域也铺设有粉末101，且该区域的粉末101部分用于形成随形结构300，因此，高能束在选区熔化过程中，可以先对零件100基体区域的粉末101进行熔化成形，然后对内流道200区域中的随形结构300区域的粉末101进行熔化成形；也可先对内流道200区域中的随形结构300区域的粉末101进行熔化成形，也可先对零件100基体区域的粉末101进行熔化成形，具体不做限制。

在步骤S103中，重复上述实施例在零件100打印过程中的铺粉、预热和高能束熔化成形步骤，以逐层将零件100基体和随形结构300打印完成，零件100每层的铺粉、预热及高能束熔化成形步骤可参考现有技术进行理解，在此不再赘述。

在步骤S104中，当零件100和随形结构300打印完成后，因零件100内流道200区域处的粉末101并未烧结成形，因此放置于其中的随形机构能够较为轻易的从内流道200中抽拉出，在随形结构300的抽拉中会将内流道200的粉末101带出，该种随形结构300的设置不仅能够随内流道200形状进行变化，反复抽拉后能够带动内流道200内的粉末101流出，从而达到清除内流道粉末101的作用；而且随形结构300在内流道200内能够对内流道200起到固定粉末101及支撑零件100的作用。

在一个实施例中，如图2所示，在步骤S104后，还包括步骤S105，将所述随形结构300从所述内流道200抽出后，向所述内流道200内鼓入高压气体，以对所述内流道200内的粉末101进行清除。具体的，随形结构300能够强制带动内流道200内的粉末101松散然后快速疏通流道，但是随形结构300与内流道200之间还会残留粉末101，因此在随形结构300抽出后，向内流道200内吹入高压气体，以清理内流道200上的粉末101，该种方式能够对零件100内流道200的粉末101进行深度清理。

在一个实施例中，如图3所示，所述步骤S102中，还包括步骤S1021，预热成形基板；步骤S1022，将所述零件粉末101均匀铺设于所述成形基板上。具体的，待加工零件100在成形基板上形成，因此在开始打印零件100时，为避免吹粉的情况发生，需对成形基板进行预热，然后将零件粉末101均匀的铺设于成形基板上，从而使成形基板与铺设的第一次粉末101层之间形成粘连，便于后续高能束对零件粉末101表面进行熔化成形。

在一个实施例中，如图4所示，所述随形结构300与所述内流道200形状适配，且该随形结构300随所述零件100基体的打印一同打印，并用于支撑所述零件100基体。具体的，随形结构300与内流道200的形状适配，并且随着零件100基体的打印而一同打印，即零件100打印完成后，随形结构300也打印完成。设置的随形结构300在内流道200内能够对内流道200起到固定粉末101及支撑零件100的作用。

在一个实施例中，如图4所示，所述随形结构300与所述内流道200之间的距离大于所述零件粉末101的粒径，且大于所述高能束的束斑直径。具体的，随形结构300与内流道200之间的距离必须要大于粉末101的最大粒径，而且大于高能束的束斑直径，例如，零件粉末101的粒径一般介10μm~120μm，高能束的束斑直径可为0.05mm，若选用该直径的高能束进行扫描，则随形结构300与内流道200之间的距离需大于120μm，但每次打印选用的高能束的束斑直径不同，因此随形结构300与内流道200之间的距离需根据实际打印情况进行设置，在此不做限制。

在一个实施例中，如图6所示，所述随形结构300在所述内流道200内呈堆积状，以在抽拉所述随形结构300时便于所述内流道200内的粉末101被带出。具体的，随形结构300在内流道200内的摆放位置可进一步优化，可使随形结构300在内流道200内呈现堆积状态，当抽拉随形结构300时，内流道200内的粉末101更容易被带离出来，从而使得内流道200内的粉末101清理的更为彻底。

在一个实施例中，如图5所示，所述随形结构300由多个依次串联的环构成。具体的，随形结构300的特征是形状可变的，是多个环串联在一起的，在一个示例中，所述环的形状是圆形、椭圆形、正方形、长方形、哑铃状和不规则状中的至少一种。具体的，随形结构300可由一种类型的环构成，也可由多种类型的环组合构成，可随不同零件100内流道200的形状而进行变化，在此不做具体限制。

在一个实施例中，所述环的直径小于所述内流道200的直径。具体的，随形结构300是由环依次串联而成，为避免随形结构300与内流道200接触，因此环的直径需小于内流道200的直径。

在一个实施例中，所述高能束为电子束或激光束。具体的，在内流道零件100的打印中，选区熔化高能束可选择电子束进行扫描熔化，也可选择激光束进行扫描熔化，具体电子束和激光束的原理可参考现有技术进行理解，在此不再赘述。

根据上述实施例提供的内流道零件100的制造方法，通过将内流道零件100进行内部随形结构300设置，且随形结构300能够随内流道200的形状变化，并将零件100与随形结构300一同打印，在打印完成需进行粉末101清理时，通过抽拉随形结构300，从而将内流道200内的粉末101通过随形结构300带出，不仅起到清除内流道粉末101的作用，而且随形结构300设置在内流道200，还能够对内流道200起到固定粉末101及支撑零件100的作用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种内流道零件的制造方法，其特征在于，该方法包括：

设计与内流道零件中内流道相适配的至少一条随形结构，且该随形结构与所述内流道无接触设置；

将所述零件粉末进行铺设，且预热后通过高能束将所述零件粉末进行选区熔化成形；

其中，所述选区熔化成形包括所述高能束对所述零件基体区域熔化成形和对所述随形结构区域熔化成形；

重复所述零件粉末铺设和熔化成形步骤，直至所述零件和所述随形结构打印完成；

反复抽拉所述随形结构，以通过该随形结构将所述内流道的粉末带出，便于清理所述内流道的粉末。

2.根据权利要求1所述内流道零件的制造方法，其特征在于，该方法还包括：

将所述随形结构从所述内流道抽出后，向所述内流道内鼓入高压气体，以对所述内流道内的粉末进行清除。

3.根据权利要求1所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述将所述零件粉末进行铺设的步骤，包括：

预热成形基板；

将所述零件粉末均匀铺设于所述成形基板上。

4.根据权利要求1所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述随形结构与所述内流道形状适配，且该随形结构随所述零件基体的打印一同打印，并用于支撑所述零件基体。

5.根据权利要求4所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述随形结构与所述内流道之间的距离大于所述零件粉末的粒径，且大于所述高能束的束斑直径。

6.根据权利要求4所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述随形结构在所述内流道内呈堆积状，以在抽拉所述随形结构时便于所述内流道内的粉末被带出。

7.根据权利要求6所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述随形结构由多个依次串联的环构成。

8.根据权利要求7所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述环的直径小于所述内流道的直径。

9.根据权利要求8所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述环的形状是圆形、椭圆形、正方形、长方形、哑铃状和不规则状中的至少一种。

10.根据权利要求1所述内流道零件的制造方法，其特征在于，所述高能束为电子束或激光束。

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