CN113414407B - 一种镍基合金增材制造方法和镍基合金零件 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种镍基合金增材制造方法和镍基合金零件。该镍基合金增材制造方法包括：构建三维模型，三维模型包括零件三维模型、支撑结构三维模型及外壳三维模型，支撑结构三维模型设置在零件三维模型的外圈，外壳设置在支撑结构三维模型的外圈；对三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件；对所述成形件进行分离操作，去除所述外壳及支撑结构得到所述零件工件。上述方法通过设置外壳和支撑结构，并对支撑结构进行后加热对零件产生压应力，从而一定程度上抑制裂纹的形成与扩展。

Description

一种镍基合金增材制造方法和镍基合金零件

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种镍基合金增材制造方法和镍基合金零件。

背景技术

镍基合金在600-1000℃的温度下具有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能，常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件。镍基合金中存在低于合金熔点的共晶相，容易萌生热裂纹，并且镍基合金塑性差，容易导致裂纹的扩展。增材制造（3D打印）技术为结构复杂的镍基高温合金零件制造提供了一种新思路，增材制造过程中，随着熔池的不断移动，成形过程温度场剧烈变化，不断经历着熔化和凝固过程，因为温度梯度及强化相析出导致零件内存在较大残余拉应力；由于镍基合金组织中的共晶相熔点低于合金熔点，在热影响区，温度达到共晶相熔点时，就会造成该位置处共晶相熔化，从而在拉应力的作用下出现热裂纹，称为液化裂纹，并且在随后的循环加热与冷却过程中，由于应力场的存在，会导致裂纹的进一步扩展，如此往复进行，最终导致成形零件分布着大量裂纹。

相关技术中，一方面主要通过叠层结构实现控制低熔点共晶相的分布，类似于焊接过程添加软性中间层的措施，这类方法改变了合金的化学组成，性能的均一性难以保证；另一方面，主要通过基体的预热和熔覆层的缓冷来降低温度梯度从而实现热应力的减小，这类方法作用时间较短，效果有限，且热量的输入容易导致低熔点共晶相的熔化，增大裂纹萌生的风险。

因此，有必要改善上述相关技术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镍基合金增材制造方法和镍基合金零件，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。

根据本发明的第一方面，提供一种镍基合金增材制造方法，包括：

构建三维模型，所述三维模型包括零件三维模型、支撑结构三维模型及外壳三维模型，所述支撑结构三维模型设置在所述零件三维模型的外圈，所述外壳设置在所述支撑结构三维模型的外圈；

对所述三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；

根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件；

对所述成形件进行分离操作，去除所述外壳及支撑结构得到所述零件工件；

其中，进行选区熔化扫描时，针对每一层切片先扫描成形所述外壳，再扫描成形所述支撑结构，最后扫描成形所述零件，在成形所述零件的同时或成形所述零件后立即采用散焦能量源对扫描成形的所述支撑结构进行加热。

本发明中，所述根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件的步骤包括：

将成形底板预热至预设温度；

将粉仓中的所述镍基合金粉末均匀铺设在预热后的所述成形底板上，对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；

对预热后的所述镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层；

重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，得到所述成形件。

本发明中，所述预设温度为800℃~1100℃。

本发明中，所述支撑结构的厚度大于等于5mm，所述外壳的厚度大于等于5mm；其中，所述支撑结构的厚度为所述外壳内表面与所述零件外表面之间的距离。

本发明中，所述支撑结构由多个页板组成且每个所述页板分别与所述零件外表面和所述外壳内表面垂直连接，其中所述多个页板位于所述零件一端的间距相等。

本发明中，所述页板的厚度为2mm~4mm，所述多个页板位于所述零件一端的间距为3mm~5mm。

本发明中，所述散焦能量源是电子束或者激光。

本发明中，当所述散焦能量源为激光时，散焦光斑的直径为聚焦光斑的直径的3~5倍，加热功率为200W~300W，光斑移动速度为2~3m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；

对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外圈向靠近所述零件的内圈循环进行扫描加热。

本发明中，当所述散焦能量源为电子束时，其离焦量为0.2V~1.0V，加热电流为35~40mA，束斑移动速度为12~15m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；

对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外圈向靠近所述零件的内圈循环进行扫描加热。

根据本发明的第二方面，提供一种镍基合金零件，由上述任一项所述镍基合金增材制造方法制造而成。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明中，上述镍基合金增材制造方法，通过设置外壳和支撑结构，并对支撑结构进行加热，在外壳的协助下利用支撑结构的热胀效应对零件产生压应力，应力不断向内传输，使得零件内部的残余拉应力转变为压应力，从而一定程度上抑制裂纹的形成与扩展。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示出本发明示例性实施例中镍基合金增材制造方法流程图；

图2示出本发明示例性实施例中增材制造镍基合金裂纹形成示意图；

图3示出本发明示例性实施例中外壳、支撑结构及零件剖面结构示意图；

图4示出本发明示例性实施例中外壳、支撑结构及零件俯视结构示意图；

图5示出本发明示例性实施例中支撑结构热胀效应抑制裂纹示意图；

图6示出本发明示例性实施例中实施例1结构示意图；

图7示出本发明示例性实施例中实施例2结构示意图。

其中：100-外壳，200-支撑结构，300-零件。

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，附图仅为本发明实施例的示意性图解，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。

本示例实施方式中首先提供了一种镍基合金增材制造方法。参考图1中所示，该镍基合金增材制造方法可以包括：

步骤S101：构建三维模型，所述三维模型包括零件300三维模型、支撑结构200三维模型及外壳100三维模型，所述支撑结构200三维模型设置在所述零件300三维模型的外圈，所述外壳100设置在所述支撑结构200三维模型外圈；

步骤S102：对所述三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；

步骤S103：根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件；其中，进行选区熔化扫描时，针对每一层切片先扫描成形所述外壳100，再扫描成形所述支撑结构200，最后扫描成形所述零件300，在成形所述零件300的同时或成形所述零件300后立即采用散焦能量源对扫描成形的所述支撑结构进行加热；

步骤S104：对所述成形件进行分离操作，去除所述外壳100及支撑结构200得到所述零件300工件。

具体的，在步骤S101中，构建三维模型，三维模型包括零件300三维模型、支撑结构200三维模型及外壳100三维模型，在进行制造前可通过获取零件300的三维数据来构建零件300的三维模型，然后再通过对零件300的外表面进行偏移预设距离来构建支撑结构200和外壳100的三维模型，当然也可以是通过其他的方式进行构建。

在步骤S102中，对构建的三维模型进行切片处理，得到切层数据，具体数据处理过程可以是利用计算机技术将三维模型分切成一系列的薄层，将三维立体数据分解得到二维平面数据，然后将上一步骤中分解得到的二维平面数据导入电子束选区熔化扫描设备中。

在步骤S103中，即依据分层得到的二维平面数据，可采用镍基合金粉末制作出与二维平面数据分层厚度相同的薄片，每层薄片按序叠加起来构成三维实体，实现从二维薄层到三维实体的制造过程；在具体制造过程中，针对每一层切片先扫描成形所述外壳100，再扫描成形所述支撑结构200，最后扫描成形所述零件300，在成形所述零件300的同时或成形所述零件300后立即采用散焦能量源对扫描成形的所述支撑结构200进行加热，当电子束选区熔化扫描设备中有两个能量源即有一个电子束能量源和一个散焦能量源时，可以在采用聚焦的电子束能量源对零件300进行成形的同时采用散焦能量源对支撑结构200进行加热；当电子束选区熔化扫描设备中仅有一个能量源即电子束能量源时，在使用聚焦的电子束成形所述零件300后立即将电子束能量源切换为散焦状态对扫描成形的所述支撑结构200进行加热，此时加热的支撑结构200膨胀，向零件300产生压力，从而达到抑制裂纹形成与扩展的作用。示例性的，在对支撑结构200进行加热时，应当先加热靠近外壳100结构的部分，逐渐向内，最后加热靠近零件300的部分，在一定的加热时间内重复由外逐渐向内的扫描过程。

在步骤S104中，由于成形后的成形件为外壳100、支撑结构200和零件300的组合件，因此需要通过相应的分离操作来将零件300分离出来，具体可通过车加工进行分离，当然也可以是其他分离方式，在此不作具体的限定。

通过上述镍基合金增材制造方法，通过设置外壳100和支撑结构200，并对支撑结构200进行加热，在外壳100的协助下利用支撑结构200的热胀效应对零件300产生压应力，应力不断向内传输，使得零件300内部的残余拉应力转变为压应力，从而一定程度上抑制裂纹的形成与扩展。

下面，将参考图1至图7对本示例实施方式中的上述镍基合金增材制造方法的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，所述根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件的步骤包括：

将成形底板预热至预设温度；

将粉仓中的所述镍基合金粉末均匀铺设在预热后的所述成形底板上，对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；

对预热后的所述镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层；

重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，得到所述成形件。

具体的，在电子束选区熔化扫描工艺中，当电荷积累到一定程度，铺设在成形底板上的镍基合金粉末会在电子束的作用下溃散，离开预设的铺设位置，即电子束选区熔化工艺中的“吹粉”现象，该现象的产生会导致成形工件孔隙缺陷，甚至导致成形中断或失败。通过将成形底板预热至预设的温度并在铺粉后对粉末层进行预热，使得粉床被轻微烧结，一方面提高了导电率，减少了电荷积累，另一方面，轻微烧结的粉床具有一定的强度，可抵消电荷斥力，大大降低了“吹粉”现象的产生，使得粉末的温度场更稳定，另外根据实际的保温需求，当粉末成形区域的温度较低时，在铺粉前需要对粉末的成形区域先进行热补偿，然后再进行铺粉和后续的铺粉后预热。在进行电子束扫描打印时，根据预先导入设备的扫描路径对粉层进行逐层扫描，最终可以得到成形件，可采用机械加工工艺对所述成形件进行分离操作，从而能够得到零件300，当然也可以采用其他工艺进行分离操作，在此不做具体限定。

在一个实施例中，所述预设温度为800℃~1100℃。具体的，上述温度为后续成形提供了一个温度基础，通常温度越高，后续粉床越稳定，越不易吹粉，但是较高的温度基础对支撑结构的热膨胀不利，因此上述温度参数范围下，在一定程度上确保粉床稳定的情况下，使得支撑结构热膨胀前的初始温度较低，后期的热膨胀较好；优选的，底板预热温度优选为保证不吹粉的最低温度Tmin，其具体值与合金牌号有关，可通过试验得出，此处不具体展开。

在一个实施例中，所述支撑结构200的厚度大于等于5mm，所述外壳100的厚度大于等于5mm；其中，所述支撑结构200的厚度为所述外壳100内表面与所述零件300外表面之间的距离。具体的，外壳100是用于固定支撑结构200的，外壳100的厚度在5mm以上时，能够对支撑结构200起到较好的固定，使得支撑结构200受热膨胀时在外壳100的固定作用下尽可能的向零件300方向产生更大的压力；将支撑结构200的厚度设置于5mm之上，在此厚度之上，支撑结构200有较好的热膨胀效果；当然支撑结构200和外壳100的厚度也不宜过厚，过厚的支撑结构200和外壳100容易造成材料的浪费，因此支撑结构200和外壳100的厚度在5mm~10mm之间（包括端点）为最优。

在一个实施例中，所述支撑结构200由多个页板组成且每个所述页板分别与所述零件300外表面和所述外壳100内表面垂直连接，其中所述多个页板位于所述零件300一端的间距相等。具体的，支撑结构200由多个薄厚相同的页板组成，多个页板位于所述零件300一端的间距相等，使得页板均匀的分布在零件300周围，均匀分布可使得零件300受力比较均匀。

在一个实施例中，所述页板的厚度为2mm~4mm，所述多个页板位于所述零件一端的间距为3mm~5mm。具体的，所述叶片在上述厚度范围内，一方面可以满足页板的强度要求，不会在热胀过程中破坏或发生大的变形影响铺粉，另一方面不会因为过厚浪费材料；多个页板之间的间距以紧贴零件端为测量依据，页板之间间隔在上述范围最优，分布间隔过窄，造成材料浪费，后期去除工作量大，分布间隔过大，则难以保证支撑结构200的加压效果。

在一个实施例中，所述散焦能量源可以是电子束或者激光。

在一个实施例中，当所述散焦能量源为激光时，散焦光斑的直径为聚焦光斑的直径的3~5倍，加热功率为200W~300W，光斑移动速度为2~3m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外圈向靠近所述零件的内圈循环进行扫描加热。示例的，在对支撑结构200进行加热时，先加热靠近外壳100结构的部分，逐渐向内，最后加热靠近零件300的部分，在整个加热时间内重复此过程。具体的加热时间主要与镍基合金的牌号、零件300横截面形状及面积大小有关，另外还受到页板分布间隔、页板厚度、支撑结构厚度及外壳厚度的影响，一般来说，裂纹敏感性越强的镍基合金种类需要加热的时间越长，零件300横截面面积越大需要的加热时间越长。加热时间的确定方式为：建立包含合金牌号、外壳厚度、支撑结构厚度、页板分布间隔、页板厚度、正方形横截面积及加热时间的数据库，根据零件300的最大横截面确定可包含此截面的最小矩形，通过将此矩形与正方形对比从数据库中选用相应的加热时间用于整个零件300成形过程中支撑结构的加热；也可先将零件300在高度方向上进行分段，根据零件300不同段的最大横截面确定可包含此截面的最小矩形，通过将此矩形与正方形对比从数据库中选用相应的加热时间用于零件300各段成形过程中支撑结构的加热，可以缩短部分加热时间，提高成形效率。零件300横截面可能为规则或不规则图形，为了保证应力有效传递至零件300内部抑制裂纹，可通过包含横截面的最小矩形确定加热时间，即如果加热时间可以保证某矩形横截面的裂纹抑制效果则可以保证包含在此矩形横截面内不规则截面的裂纹抑制效果。另外，如果零件300横截面为狭长型，则主要需要考虑横截面短边方向上的应力传输，实践中发现，若包含零件300横截面的最小矩形的长宽比大于5:1，则可按照矩形的宽作为正方形的边长与数据库对比选用相应的加热时间；若包含零件300横截面的最小矩形的长宽比小于5:1，则可按照矩形的长作为正方形的边长与数据库对比选用相应的加热时间。在上述参数条件下，可以有效加热支撑结构使其热胀产生所需的压力，同时上述参数的加热不至于引起支撑结构表面质量恶化从而影响后续铺粉及成形。

数据库通过成形试验建立，具体方法为：当合金牌号、外壳厚度、支撑结构厚度、页板分布间隔、页板厚度确定时，成形横截面为不同正方形的样块，支撑结构加热不同的时间，正方形横截面以边长10mm为最小值，5mm为间隔递增，加热时间以4s或上一级正方形横截面的加热时间为最小值，2s为间隔递增，取各试验样块中心处的纵截面观察裂纹，无裂纹或裂纹少于预期的最小时间即为加热时间。举例来说，合金牌号为IN738，外壳厚度5mm，支撑结构厚度5mm，页板分布间隔4mm，页板厚度2mm，成形横截面为边长10mm的正方形样块，加热时间4s时，样块中心处的纵截面存在裂纹；加热时间6s、8s时，样块中心处的纵截面存在裂纹；加热时间10s时，样块中心处的纵截面无裂纹，则确定加热时间为10s。成形横截面为边长15mm的正方形样块，初始试验加热时间采用10s，样块中心处的纵截面存在裂纹；加热时间12s时，样块中心处的纵截面存在裂纹，加热时间14s时，样块中心处的纵截面无裂纹，则确定加热时间为14s。以此类推，建立数据库。

举例来说，从数据库中选用加热时间的方法为，若零件300的最大横截面的最小外包矩形尺寸为28mm×15mm，该最小外包矩形的长宽比小于5:1，则按照28mm作为正方形的边长与数据库对比，数据库中仅有边长25mm和30mm对应的加热时间，则选用边长30mm的加热时间；若零件300的最大横截面的最小外包矩形尺寸为28mm×5mm，该最小外包矩形的长宽比大于5:1，则按照5mm作为正方形的边长与数据库对比，5mm小于数据库中最小的正方形边长10mm，则选用边长10mm的加热时间。

在一个实施例中，当所述散焦能量源为电子束时，其离焦量为0.2V~1.0V，加热电流为35~40mA，束斑移动速度为12~15m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外圈向靠近所述零件的内圈循环进行扫描加热。示例的，在对支撑结构200进行加热时，先加热靠近外壳100结构的部分，逐渐向内，最后加热靠近零件300的部分，在一定的加热时间内重复由外逐渐向内的扫描过程。具体的加热时间主要与镍基合金的牌号、零件300横截面形状及面积大小有关，另外还受到页板分布间隔、页板厚度、支撑结构厚度及外壳厚度的影响，一般来说，裂纹敏感性越强的镍基合金种类需要加热的时间越长，零件300横截面面积越大需要的加热时间越长。加热时间的确定方式与能量源为激光时类似，通过比对数据库确定，数据库的建立方式也与能量源为激光时类似，通过成形试验建立。在上述参数条件下，可以有效加热支撑结构使其热胀产生所需的压力，同时上述参数的加热不至于引起支撑结构表面质量恶化从而影响后续铺粉及成形。

在一个实施例中，所述分离操作为车加工。具体的，当然还可以使用其他分离方式进行零件300的分离，在此不做具体的限定。

实施例1：

参考图4所示，采用电子束选区熔化扫描设备成形一个长方体（长75mm×宽14mm×高14mm）IN738镍基高温合金零件300，上述电子束选区熔化扫描设备中包括两个能量源，具体为一个发射电子束的能量源，一个发射激光的能量源，成形方法包括以下步骤：

步骤一：构建三维模型，三维模型包括零件300三维模型、支撑结构200三维模型及外壳100三维模型，零件300三维模型采用竖直摆放方式，在零件300四周距零件3005mm处添加厚度5mm的外壳100三维模型将零件300包围，在外壳100与零件300之间添加厚度为5mm的支撑结构200，支撑结构为多个均匀的立设于零件300与外壳100之间的页板组成，页板厚度为2mm，靠近零件端的分布间隔为3mm；

步骤二：对所述三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；

步骤三：首先将底板预热至900℃，然后铺粉、铺粉后预热、扫描熔化成形、加热支撑结构、铺粉前热补偿，如此循环直至打印完成得到成形件；采用电子束扫描熔化成形时，先扫描成形外壳100，再扫描成形支撑结构200，最后扫描成形零件300，在对零件300层进行扫描熔化的同时，采用散焦激光光斑对已成形的支撑结构200层面进行扫描加热，加热时先加热页板靠近外壳结构的部分，逐渐向内，最后加热页板靠近零件的部分，在整个加热时间内重复由外逐渐向内的扫描过程，具体的加热功率为300W，光斑直径为聚焦光斑直径的5倍，光斑移动速度为2m/s，包含该零件300最大横截面的最小外接矩形长宽比大于5:1，则按照14mm作为正方形的边长与数据库对比确定加热时间为14s。

步骤四：对成形件进行车加工，将外壳100及支撑结构200去除从而得到零件300。

实施例2：参考图5所示，电子束选区熔化扫描设备成形一个圆柱形（Ø14mm×75mm）IN738合金零件300，上述电子束选区熔化扫描设备中包括一个发射电子束的能量源，成形方法包括以下步骤：

步骤一：构建三维模型，三维模型包括零件300三维模型、支撑结构200三维模型及外壳100三维模型，零件300三维模型采用竖直摆放方式，在零件300四周距零件3005mm处添加厚度5mm的外壳100三维模型将零件300包围，在外壳100与零件300之间添加厚度为5mm的支撑结构200，支撑结构为多个均匀的立设于零件300与外壳100之间的页板组成，页板厚度为2mm，靠近零件端的分布间隔为3mm；

步骤二：对所述三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；

步骤三：首先将底板预热至1100℃，然后铺粉、铺粉后预热、扫描熔化成形、加热支撑结构、铺粉前热补偿，如此循环直至打印完成得到成形件；采用电子束扫描熔化成形时，先扫描成形外壳100，再扫描成形支撑结构200，最后扫描成形零件300，在对零件300层进行扫描熔化后立即利用散焦的电子束，对已成形的支撑结构200层面进行扫描加热，加热时先加热页板靠近外壳100结构的部分，逐渐向内，最后加热页板靠近零件300的部分，在整个加热时间内重复由外逐渐向内的扫描过程，具体的加热电流为40mA，离焦量为0.5V，束斑移动速度为13.6m/s，含该零件300最大横截面的最小外接矩形为边长14mm的正方形，与数据库对比确定加热时间为10s。

步骤四：对成形件进行车加工，将外壳100及支撑结构200去除从而得到零件300。

通过上述镍基合金增材制造方法，通过设置外壳100和支撑结构200，并对支撑结构200进行加热，在外壳100的协助下利用支撑结构200的热胀效应对零件300产生压应力，应力不断向内传输，使得零件300内部的残余拉应力转变为压应力，从而一定程度上抑制裂纹的形成与扩展。

本示例实施方式中其次提供了一种镍基合金零件，由上述任一实施例中的镍基合金增材制造方法制造而成。

上述镍基合金零件通过上述镍基合金增材制造方法制造，通过设置外壳100和支撑结构200，并对支撑结构200进行加热，在外壳100的协助下利用支撑结构200的热胀效应对零件300产生压应力，应力不断向内传输，使得零件300内部的残余拉应力转变为压应力，从而一定程度上抑制裂纹的形成与扩展，使得镍基合金零件中的裂纹极大程度减少。

需要理解的是，上述描述中的术语“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实施例和简化描述，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实施例的限制。

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。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，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。

在本发明实施例中，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 (9)

1.一种镍基合金增材制造方法，其特征在于，包括：

构建三维模型，所述三维模型包括零件三维模型、支撑结构三维模型及外壳三维模型，所述支撑结构三维模型设置在所述零件三维模型的外围，所述外壳设置在所述支撑结构三维模型的外围；

对所述三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据并导入电子束选区熔化扫描设备；

根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件；

对所述成形件进行分离操作，去除所述外壳及支撑结构得到所述零件工件；

其中，进行选区熔化扫描时，针对每一层切片先扫描成形所述外壳，再扫描成形所述支撑结构，最后扫描成形所述零件，在成形所述零件的同时或成形所述零件后立即采用散焦能量源对扫描成形的所述支撑结构进行加热。

2.根据权利要求1所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述根据所述规划后的扫描路径数据对镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到成形件的步骤包括：

将成形底板预热至预设温度；

将粉仓中的所述镍基合金粉末均匀铺设在预热后的所述成形底板上，对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；

对预热后的所述镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层；

重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，得到所述成形件。

3.根据权利要求2所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述预设温度为800℃~1100℃。

4.根据权利要求1~3任一项所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述支撑结构的厚度大于等于5mm，所述外壳的厚度大于等于5mm；其中，所述支撑结构的厚度为所述外壳内表面与所述零件外表面之间的距离。

5.根据权利要求4所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述支撑结构由多个页片组成，所述多个页片均匀的立设于所述零件与所述外壳之间并分别与所述零件外表面和外壳内表面垂直连接。

6.根据权利要求5所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述页片的厚度为2mm~4mm，所述多个页片位于所述零件一端之间的间距为3mm~5mm。

7.根据权利要求1所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，所述散焦能量源是电子束或者激光。

8.根据权利要求7所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，当所述散焦能量源为激光时，散焦光斑的直径为聚焦光斑的直径的3~5倍，加热功率为200W~300W，光斑移动速度为2~3m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；

对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外围向靠近所述零件的内围循环进行扫描加热。

9.根据权利要求7所述镍基合金增材制造方法，其特征在于，当所述散焦能量源为电子束时，其离焦量为0.2V~1.0V，加热电流为35~40mA，束斑移动速度为12~15m/s，加热时间与所述镍基合金的牌号、所述零件的横截面形状及面积大小相关；

对所述支撑结构进行加热时，在所述加热时间内，从靠近所述外壳的外围向靠近所述零件的内围循环进行扫描加热。

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