CN113403618A - 一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料3D打印技术领域，且公开了一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，应用SLM加工工艺，将材料直接成型，避免难机械加工的NiTi合金再次进行二次机械加工，按照正交表得到参数设计方案，通过BLT‑S210型激光器按照方案逐步设定参数，通过激光器按照设定参数打印长方体块。该控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，由于采用SLM的制备工艺，可以直接成型NiTi合金，省去了二次加工的困扰，参数的选取范围较单因素改变范围更广，因素考虑更为全面，可以通过参数的设计找出参数与相变材料相变温度的关系，从而实现参数控制相变，打印成型的材料具有优异的拉伸性能以及循环性能，其中最优试样的循环拉伸断裂应变可到达10％。

Description

一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法
技术领域
本发明涉及材料3D打印技术领域，具体为一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法。
背景技术
目前国内NiTi加工采取传统熔炼的方式制备，并通过二次加工得到所需结构，但由于NiTi合金具有较高的延性和较强的加工硬化性，给二次加工带来了困难，限制了其应用，而现如今，增材制造的方式正在逐步进入人们的视野，其直接成型的方式恰好可以解决NiTi合金二次加工困难，为NiTi合金的应用提供了更广阔的平台，但由于其加工参数严重影响这材料的相变特性，力学性能，以及成型质量，故控制参数来调整NiTi材料的成型变得尤为关键。
真空干燥机是一种真空的对物料加热的低温设备。真空干燥机是用于高附加值、且具有热敏性的农副产品、保健品、食品、药材、果蔬、化工原料等的脱水干燥；用于化工产品的低温浓缩、结晶水的脱除、酶制剂的干燥等，中草药的真空提取，适用于科研院校的实验，但是真空双锥回转真空干燥机机应在相对湿度≤85％RH，周围无腐蚀真空干燥机性气体、无强烈震动源及强电磁场存在的环境中使用，如果环境条件不符合要求，不仅影响工作效率，而且容易使得真空干燥机损坏，因此，我们提出了一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法来解决以上问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，具备可最优SLM参数，来保证NiTi的最优成型的优点，解决了成型参数的设计问题的问题。
(二)技术方案
为实现寻求最优SLM参数，来保证NiTi的最优成型的目的，本发明提供如下技术方案：一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，应用SLM加工工艺，将材料直接成型，避免难机械加工的NiTi合金再次进行二次机械加工，并通过正交参数设计方法，正交参数设计表如图5，得到最优NiTi成型参数；
包括以下操作步骤：S1：以质量百分比计，将55.8wt％NiTi于100℃真空干燥6小时备用；
S2：按照正交表得到参数设计方案，通过BLT-S210型激光器按照方案逐步设定参数，设计方案如图6；
S3：通过激光器按照设定参数打印长方体块，样件分别为5×5×8mm和70×10×2.2mm，并用线切割切割成所需拉伸条尺寸，即能良好成型样件。
进一步的，所述S1中NiTi粉末粒度为15-53μm，为采用气雾化法所制备粉末。
一种如上所述的生产工艺所用的真空干燥机，包括设备壳体，还包括电磁波检测组件、湿度感应组件、振动感应组件，所述设备壳体内部固定连接有电磁波检测组件，用于检测真空干燥设备所处的电磁场强度，所述设备壳体内部固定连接有湿度感应组件，用于检测真空干燥设备所处的环境湿度，所述设备壳体内部固定连接有振动感应组件，用于检测真空干燥设备是否处于剧烈振动状态。
进一步的，所述电磁波检测组件包括安装槽、热敏电阻、吸波材料，所述设备壳体内部开设有安装槽，所述安装槽内部固定连接有热敏电阻，所述热敏电阻外侧固定连接有吸波材料。
进一步的，所述设备壳体正面固定连接有报警器，其型号为SEBALR，所述报警器电性连接至热敏电阻，所述热敏电阻电性连接至设备电源，当设备所处环境中的电磁场强度过高，环境中电磁波强度也过大，因此吸波材料吸收电磁波将其转换为热能，使得热敏电阻周围温度升高，热敏电阻的阻值降低，达到热敏电阻的工作电压后连通电路，使得报警器进行报警提示。
进一步的，所述湿度感应组件包括弹性连接件、振动片、敲击块、阻尼材料、感应槽、感应气囊、动触头，所述安装槽内部固定连接有弹性连接件，所述弹性连接件内侧固定连接有振动片，所述安装槽内壁固定连接有敲击块，所述设备壳体内部固定连接有阻尼材料，所述设备壳体内部开设有感应槽，所述感应槽内部固定连接有感应气囊，所述感应气囊外侧固定连接有动触头。
进一步的，所述振动感应组件包括压力膜、载重包、吸水树脂、连接支杆、定触头，所述感应槽内部固定连接有压力膜，所述压力膜顶部固定连接有载重包，所述载重包内部固定连接有吸水树脂，所述压力膜底部固定连接有连接支杆，所述连接支杆底部固定连接有定触头。
进一步的，所述定触头电性连接至设备电源，所述动触头电性连接至报警器，当动触头和定触头接触时连通电路，使得报警器进行报警提示。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，具备以下有益效果：
1、该控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，由于采用SLM的制备工艺，可以直接成型NiTi合金，省去了二次加工的困扰，参数的选取范围较单因素改变范围更广，因素考虑更为全面，可以通过参数的设计找出参数与相变材料相变温度的关系，从而实现参数控制相变，打印成型的材料具有优异的拉伸性能以及循环性能，其中最优试样的循环拉伸断裂应变可到达10％。
2、该控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，可自动检测设备所处环境中的电磁场强度、环境湿度以及检测真空干燥设备是否处于剧烈振动状态，并且得报警器进行报警提示，提醒工作人员此时不宜操作设备，应该断开设备电源，相较于现有的真空干燥设备，自动化程度高，且安全系数高。
附图说明
图1为本发明设备整体侧视示意图；
图2为本发明电磁波检测组件侧视示意图；
图3为本发明振动感应组件侧视示意图；
图4为本发明湿度感应组件侧视示意图；
图5为本发明正交参数设计表；
图6为本发明按照正交表得到的设计方案表；
图7为选取10组光镜照片对比图；
图8为10组样品的定应变循环对比图。
图中：1、设备壳体；2、电磁波检测组件；21、安装槽；22、热敏电阻；23、吸波材料；3、振动感应组件；31、弹性连接件；32、振动片；33、敲击块；34、阻尼材料；35、感应槽；36、感应气囊；37、动触头；4、湿度感应组件；41、压力膜；42、载重包；43、吸水树脂；44、连接支杆；45、定触头；5、报警器；
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图6-8，一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，应用SLM加工工艺，将材料直接成型，并通过正交参数设计方法，得到最优NiTi成型参数；
包括以下操作步骤：S1：以质量百分比计，将55.8wt％NiTi于100℃真空干燥6小时备用，NiTi粉末粒度为15-53μm，为采用气雾化法所制备粉末；
S2：按照正交表得到参数设计方案，通过BLT-S210型激光器按照方案逐步设定参数；
S3：通过激光器按照设定参数打印长方体块，样件分别为5×5×8mm和70×10×2.2mm，并用线切割切割成所需拉伸条尺寸，即能良好成型样件；
将粒度为13-53μm的Ni50.8Ti粉末与100℃真空干燥6小时后，放入BLT S210设备中进行3D打印，打印出所需样件，激光器参数按照正交试验设计的参数表进行打印，激光按所设参数运转，进行扫面，形成表面无缺陷的长方体样件，并采用线切割对打印好的样品切割成50×2×1mm的拉伸条样件；
采用Zeiss AXIO的光学显微镜对打印材料的表面形貌进行观察；
采用可控温万能拉伸机对材料的拉伸性能进行检测，测试结果表明，本实施例中，最大的应变可以达到12％，且循环稳定性良好，可以用于结构件打印。
实施例一：
请参阅图1-2，一种如上所述的生产工艺所用的真空干燥机，包括设备壳体1，还包括电磁波检测组件2、振动感应组件3、湿度感应组件4，设备壳体1内部固定连接有电磁波检测组件2，用于检测真空干燥设备所处的电磁场强度，设备壳体1内部固定连接有振动感应组件3，用于检测真空干燥设备所处的环境湿度，设备壳体1内部固定连接有湿度感应组件4，用于检测真空干燥设备是否处于剧烈振动状态；
电磁波检测组件2包括安装槽21、热敏电阻22、吸波材料23，设备壳体1内部开设有安装槽21，安装槽21内部固定连接有热敏电阻22，热敏电阻22外侧固定连接有吸波材料23，设备壳体1正面固定连接有报警器5，报警器5电性连接至热敏电阻22，热敏电阻22电性连接至设备电源，当设备所处环境中的电磁场强度过高，环境中电磁波强度也过大，因此吸波材料23吸收电磁波将其转换为热能，使得热敏电阻22周围温度升高，热敏电阻22的阻值降低，达到热敏电阻22的工作电压后连通电路，使得报警器5进行报警提示。
实施例二：
请参阅图1-4，一种如上所述的生产工艺所用的真空干燥机，包括设备壳体1，还包括电磁波检测组件2、振动感应组件3、湿度感应组件4，设备壳体1内部固定连接有电磁波检测组件2，用于检测真空干燥设备所处的电磁场强度，设备壳体1内部固定连接有振动感应组件3，用于检测真空干燥设备所处的环境湿度，设备壳体1内部固定连接有湿度感应组件4，用于检测真空干燥设备是否处于剧烈振动状态；
电磁波检测组件2包括安装槽21、热敏电阻22、吸波材料23，设备壳体1内部开设有安装槽21，安装槽21内部固定连接有热敏电阻22，热敏电阻22外侧固定连接有吸波材料23，设备壳体1正面固定连接有报警器5，报警器5电性连接至热敏电阻22，热敏电阻22电性连接至设备电源，当设备所处环境中的电磁场强度过高，环境中电磁波强度也过大，因此吸波材料23吸收电磁波将其转换为热能，使得热敏电阻22周围温度升高，热敏电阻22的阻值降低，达到热敏电阻22的工作电压后连通电路，使得报警器5进行报警提示；
振动感应组件3包括弹性连接件31、振动片32、敲击块33、阻尼材料34、感应槽35、感应气囊36、动触头37，安装槽21内部固定连接有弹性连接件31，弹性连接件31内侧固定连接有振动片32，安装槽21内壁固定连接有敲击块33，设备壳体1内部固定连接有阻尼材料34，设备壳体1内部开设有感应槽35，感应槽35内部固定连接有感应气囊36，感应气囊36外侧固定连接有动触头37；
湿度感应组件4包括压力膜41、载重包42、吸水树脂43、连接支杆44、定触头45，感应槽35内部固定连接有压力膜41，压力膜41顶部固定连接有载重包42，载重包42内部固定连接有吸水树脂43，压力膜41底部固定连接有连接支杆44，连接支杆44底部固定连接有定触头45，定触头45电性连接至设备电源，动触头37电性连接至报警器5，当动触头37和定触头45接触时连通电路，使得报警器5进行报警提示。
工作原理：
当设备所处环境中的电磁场强度过高，环境中电磁波强度也过大，因此吸波材料23吸收电磁波将其转换为热能，使得热敏电阻22周围温度升高，热敏电阻22的阻值降低，达到热敏电阻22的工作电压后连通电路，使得报警器5进行报警提示，此时不宜操作设备，应该断开设备电源；
当设备所处环境中的湿度过高，载重包42内部的吸水树脂43吸收空气中的水分，使得载重包42重量增大，此时压力膜41向下凹陷，使得两个连接支杆44之间的夹角开口增大，带动定触头45向动触头37靠近，当动触头37和定触头45接触时连通电路，使得报警器5进行报警提示，此时不宜操作设备，应该断开设备电源；
当设备壳体1发生振动时，振动片32由于共振效应同样进行受迫振动，带动振动片32与敲击块33不断接触，通过阻尼材料34将机械振动的机械能转化为热能，感应气囊36受热后膨胀，带动动触头37向定触头45靠近，当动触头37和定触头45接触时连通电路，使得报警器5进行报警提示，此时不宜操作设备，应该断开设备电源。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，其特征在于，应用SLM加工工艺，将材料直接成型，并通过正交参数设计方法，得到最优NiTi成型参数；
包括以下操作步骤：S1：以质量百分比计，将55.8wt％NiTi于100℃真空干燥6小时备用；
S2：按照正交表得到参数设计方案，通过BLT-S210型激光器按照方案逐步设定参数；
S3：通过激光器按照设定参数打印长方体块，样件分别为5×5×8mm和70×10×2.2mm，并用线切割切割成所需拉伸条尺寸，即得良好成型样件。
2.根据权利要求1所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的方法，其特征在于：所述S1)中NiTi粉末粒度为15-53μm，为采用气雾化法所制备粉末。
3.根据权利要求1所述的生产工艺所用的真空干燥机，包括设备壳体(1)，其特征在于：还包括电磁波检测组件(2)、振动感应组件(3)、湿度感应组件(4)，所述设备壳体(1)内部固定连接有电磁波检测组件(2)，用于检测真空干燥设备所处的电磁场强度，所述设备壳体(1)内部固定连接有振动感应组件(3)，用于检测真空干燥设备所处的环境湿度，所述设备壳体(1)内部固定连接有湿度感应组件(4)，用于检测真空干燥设备是否处于剧烈振动状态。
4.根据权利要求3所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，其特征在于：所述电磁波检测组件(2)包括安装槽(21)、热敏电阻(22)、吸波材料(23)，所述设备壳体(1)内部开设有安装槽(21)，所述安装槽(21)内部固定连接有热敏电阻(22)，所述热敏电阻(22)外侧固定连接有吸波材料(23)。
5.根据权利要求4所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，其特征在于：所述设备壳体(1)正面固定连接有报警器(5)，所述报警器(5)电性连接至热敏电阻(22)，所述热敏电阻(22)电性连接至设备电源。
6.根据权利要求4所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，其特征在于：所述振动感应组件(3)包括弹性连接件(31)、振动片(32)、敲击块(33)、阻尼材料(34)、感应槽(35)、感应气囊(36)、动触头(37)，所述安装槽(21)内部固定连接有弹性连接件(31)，所述弹性连接件(31)内侧固定连接有振动片(32)，所述安装槽(21)内壁固定连接有敲击块(33)，所述设备壳体(1)内部固定连接有阻尼材料(34)，所述设备壳体(1)内部开设有感应槽(35)，所述感应槽(35)内部固定连接有感应气囊(36)，所述感应气囊(36)外侧固定连接有动触头(37)。
7.根据权利要求6所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，其特征在于：所述湿度感应组件(4)包括压力膜(41)、载重包(42)、吸水树脂(43)、连接支杆(44)、定触头(45)，所述感应槽(35)内部固定连接有压力膜(41)，所述压力膜(41)顶部固定连接有载重包(42)，所述载重包(42)内部固定连接有吸水树脂(43)，所述压力膜(41)底部固定连接有连接支杆(44)，所述连接支杆(44)底部固定连接有定触头(45)。
8.根据权利要求7所述的一种控制参数改善激光选区熔覆NiTi性能的真空干燥机，其特征在于：所述定触头(45)电性连接至设备电源，所述动触头(37)电性连接至报警器(5)。
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