CN115255394B - 基于增材制造的合金零件打印系统及方法 - Google Patents

基于增材制造的合金零件打印系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于增材制造的合金零件打印系统及方法，系统包括：零件数模获取模块；模拟仿真模块；体区域确认模块，打印工艺窗口获取模块和零件打印模块。基于零件数模不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的合金粉末和不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口；将零件数模进行分层切片，基于不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件。与现有技术相比，本发明通过在金属粉体中增加氟化镧，提高金属材料的强韧性，通过不同含量的氟化镧，实现不同区域的零件采用不同成分的粉体进行打印，使得同一零件不同区域的力学性能满足服役的需求。

Description

基于增材制造的合金零件打印系统及方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体地，涉及一种基于增材制造的合金零件打印系统及方法。
背景技术
铬-钴-镍(CrCoNi)三元中熵合金的低温力学性能优异，已经接近目前已知的金属材料强度和韧性的综合极限，在低温极端环境应用领域潜力巨大。然而，由于同一零件不同部位的受力状态并不完全一致，采用同种成分的CrCoNi三元中熵合金进行同一零件的打印难以适用于不同受力载荷的需求。此外，采用增材制造技术制备CrCoNi三元中熵合金仍面临组织柱状外延以及氧含量偏高等问题，严重影响强韧性能。
专利文献CN101348908B公开了一种金属零件磨损表面在线强化修复材料及其制备方法。其组分由30～60％蛇纹石矿物微粉、5～10％钠硼解石矿物微粉、5～10％氟化镧稀土、2％～5％氧化铁微粉、2％～5％氧化铝微粉、40％～50％山梨醇酐单棕榈酸酯组成。其制备方法为：将上述配比好的原料放入高速搅拌机搅拌1小时后，再经高速球磨机研磨4小时获得粒度小于1微米的粉体，即形成本发明的金属零件磨损表面在线强化修复材料。但该方法并未解决增材制造技术制备CrCoNi三元中熵合金面临组织柱状外延以及氧含量偏高的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于增材制造的合金零件打印系统及方法。
根据本发明提供的一种基于增材制造的合金零件打印系统，包括：
零件数模获取模块，用于获取零件数模；
模拟仿真模块，用于将零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到零件数模不同体区域的受力情况；
体区域确认模块，用于基于不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的三元中熵合金粉末；
打印工艺窗口获取模块，用于基于预设的工艺数据库，确定不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口；
零件打印模块，用于将零件数模进行分层切片，基于不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件。
优选地，三元中熵合金粉末成分由铬、钴、镍以及改性剂氟化镧组成，三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备。
优选地，零件打印模块，包括：
第一零件打印子模块，用于确定当前层零件切片中的不同面区域对应的三元中熵合金粉末的成分；
第二零件打印子模块，用于获取不同面区域对应的打印工艺窗口；
第三零件打印子模块，用于基于不同面区域对应的打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同；
第四零件打印子模块，用于对多个打印子区域进行路径规划；
第五零件打印子模块，用于基于每个打印子区域的打印路径以及打印参数，进行当前层零件切片的打印。
优选地，第五零件打印子模块，包括：
第一单元，用于在多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。
优选地，零件打印模块，还包括：
第六零件打印子模块，用于基于不同面区域的打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；
第七零件打印子模块，用于获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，基于面积占比确定最优的组合形式。
优选地，最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的打印子区域的面积占比最大。
优选地，第四零件打印子模块，包括：
第二单元，用于确定打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对打印子区域采用旋转棋盘状扫描测量生成打印路径；
第三单元，用于否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。
优选地，改性剂氟化镧的成分小于或者等于1.5％。
优选地，体区域确认模块，包括：
第一体区域确认子模块，用于获取不同氟化镧添加量下的三元中熵合金粉末打印零件的力学性能；
第二体区域确认子模块，用于基于体区域对应的受力情况从力学性能中选择对应氟化镧添加量的三元中熵合金粉末。
根据本发明提供的一种基于增材制造的合金零件打印方法，包括：
步骤1：获取零件数模；
步骤2：将零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到零件数模不同体区域的受力情况；
步骤3：基于不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的三元中熵合金粉末；
步骤4：基于预设的工艺数据库，确定不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口；
步骤5：将零件数模进行分层切片，基于不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件。
优选的，三元中熵合金粉末成分由铬、钴、镍以及改性剂氟化镧组成，三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备。
优选的，步骤5，包括：
步骤501：确定当前层零件切片中的不同面区域对应的三元中熵合金粉末的成分；
步骤502：获取不同面区域对应的打印工艺窗口；
步骤503：基于不同面区域对应的打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同；
步骤504：对多个打印子区域进行路径规划；
步骤505：基于每个打印子区域的打印路径以及打印参数，进行当前层零件切片的打印。
优选的，步骤505，包括：
步骤5051：在多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。
优选的，步骤5，还包括：
步骤506：基于不同面区域的打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；
步骤507：获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，基于面积占比确定最优的组合形式。
优选的，最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的打印子区域的面积占比最大。
优选的，步骤504，包括：
步骤5041：确定打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对打印子区域采用旋转棋盘状扫描测量生成打印路径；
步骤5042：否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。
优选的，改性剂氟化镧的成分小于或者等于1.5％。
优选的，步骤3，包括：
步骤301：获取不同氟化镧添加量下的三元中熵合金粉末打印零件的力学性能；
步骤302：基于体区域对应的受力情况从力学性能中选择对应氟化镧添加量的三元中熵合金粉末。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过在三元中熵合金粉末中添加改性剂氟化镧可以净化晶界，减少氢元素在晶界的富集，减少氢气孔的析出。
2、通过模拟仿真的方法获取到体区域的受力状态，进而体区域受力状态与相当级别的粉末种类进行耦合，可以使得不同受力状态的零件部分各异性地采用不同材料的进行打印，以满足服役要求。
3、采用面积占比选取最优的组合形式可以使得整个切片打印过程中的工艺参数尽量趋同，能有效控制制件整体的性能，避免制件打印出来的制件应力分布不均。
4、在完成当前层零件切片的打印后，还可以在打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描，在消除不同打印子区域边界烧结不好的问题的同时，还可以降低不同打印子区域之间的应力集中现象，提升打印制件的力学性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的基于增材制造的合金零件打印系统的结构示意图；
图2为本发明的预设载荷下模拟仿真后得到的飞机轴套零件的应力分布示意图；
图3为本发明的第一种不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体低倍显微镜观测图像；
图4为本发明的第二种不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体低倍显微镜观测图像；
图5为发明的第i切片层的示意图；
图6为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明的基于增材制造的合金零件打印系统的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种基于增材制造的合金零件打印系统100，包括：
零件数模获取模块110，用于获取零件数模。
本发明对于零件数模的形状不做限制，可以为任意的形状。
模拟仿真模块120，用于将零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到零件数模不同体区域的受力情况。
其中，载荷是指零件或者构件工作时所承受的外力，预设载荷可以是零件实际服役时的载荷分布情况，其可以直接反映零件受力和失效的倾向。
具体的，可以基于Ansys、Sol idworks、deform等模拟仿真软件在预设载荷作用下对零件数模进行应力状态仿真，以得到零件数模不同体区域的应力分布情况。
可以理解的是，零件模拟仿真属于本领域技术人员所熟知的技术，本申请在此不再进行展开说明。
其中，体区域是指受力状态大致相同的区域。换言之，如果模拟出的零件数模上的某一质点的应力在体区域的阈值范围内，则可以将该质点确定为这一体区域中。在一些实施例中，体区域的阈值范围可以由工艺技术人员进行各异性地确定。例如，每个体区域的阈值范围可以是一致的，如每个体区域的阈值范围均为50兆帕(Mpa)、30Mpa、20Mpa等。又例如，每个体区域的阈值范围也可以是各异性设置的，如某几个体区域的阈值范围为50Mpa，另外一个体区域的阈值范围为20Mpa。
示例性的，在本发明中可以以应力在1000Mpa-1050Mpa之间为第一体区域，应力在950Mpa-1000Mpa之间为第二体区域，应力在900Mpa-950Mpa之间为第三体区域，以此类推。
图2为本发明的预设载荷下模拟仿真后得到的飞机轴套零件的应力分布示意图，如图2所示，不同颜色表示不同的体区域区间；颜色越浅，说明该体区域的应力越大；颜色越深，说明该体区域的应力越小。如图2所示的体区域分为第一体区域410、第二体区域420以及第三体区域430。
体区域确认模块130，用于基于不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的三元中熵合金粉末。
在体区域确认模块130中，可以基于模拟仿真模块120所得的不同体区域以及其对应的受力状态，选择不同成分的三元中熵合金粉末。可以理解为由于三元中熵合金粉末的成分不同，其打印出来制件的力学性能差异较大。
优选地，合金粉末为三元中熵合金粉末，三元中熵合金粉末成分包括铬、钴、镍以及改性剂氟化镧，三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备
优选地，三元中熵合金粉末成分包括铬、钴、镍以及改性剂氟化镧，三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备。
具体地，三元中熵合金粉末成分由铬、钴、镍以及改性剂氟化镧组成，通过调控改性剂氟化镧的成分比例，可以调控打印出来制件的力学性能。
下面对于三元中熵合金粉末制备进行详细的说明：
首先，获取粒径均匀、细小的铬-钴-镍三元中熵合金粉末，其中的成分配比为1:1:1。优选地，铬-钴-镍三元中熵合金粉末可以选取粒径在15μm-53μm的粉末,即粒径在15μm-53μm之间的粉末大于或者等于95％。
然后，获取纳米级或者亚微米级的改性剂氟化镧(LaF3)颗粒。
最后，将铬-钴-镍三元中熵合金粉末与改性剂氟化镧按设计的重量比例进行混合，并球磨处理12小时，得到混合均匀的粉末。
其中，球磨处理可以细化粉末，提高粉末表面的原子活化能，使得铬-钴-镍三元中熵合金粉末与改性剂氟化镧可以充分混合。
本发明中在，改性剂氟化镧优选地选用亚微米级或者纳米级的颗粒，亚微米级或者纳米级的氟化镧可以与铬-钴-镍三元中熵合金粉末混合更加均匀，且更容易被增材制造过程所融化。改性剂氟化镧还可以净化晶界，减少氢元素在晶界的富集，减少氢气孔的析出。
表格1为本发明提供的不同成分的三元中熵合金粉末及其对应制件的室温力学性能对应关系，如表格1所示，随着LaF3含量的增加，打印制件的拉伸强度和延伸率先大幅度上升；在到达1％的LaF3含量后，随着LaF3含量的增加，打印制件的拉伸强度和延伸率略有下降。
表格1
粉末种类 屈服强度/Mpa 抗拉强度/Mpa 延伸率/％
CrCoNi 650 907 21.8
CrCoNi+0.5％LaF3 717 951 32.4
CrCoNi+1％LaF3 843 1056 34
CrCoNi+1.5％LaF3 821 1033 28.7
进一步地，由于第一体区域410所受应力为1000Mpa-1050Mpa，第二体区域420所受应力为950Mpa-1000Mpa，第三体区域430所受应力为900Mpa-950Mpa，因此对应选择的中熵合金粉末应满足相应的体区域的力学性能要求。基于此，如表1所示，则第一体区域410对应于CrCoNi+1％LaF3粉末；第二体区域420对应于CrCoNi+1.5％LaF3粉末，第三体区域430对应于CrCoNi+0.5％LaF3粉末。
优选地，改性剂氟化镧的成分小于或者等于1.5％。
优选地，体区域确认模块130，包括：第一体区域确认子模块，用于获取不同氟化镧添加量下的三元中熵合金粉末打印零件的力学性能；第二体区域确认子模块，用于基于体区域对应的受力情况从力学性能中选择对应氟化镧添加量的三元中熵合金粉末。
打印工艺窗口获取模块140，用于基于预设的工艺数据库，确定不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口。
其中，打印工艺窗口是指使得打印零件致密度满足预设要求的打印工艺参数。预设要求可以依据本领域技术人员的要求或者是企业标准或者是工艺标准进行筛选，以得到致密、无气孔的零件。示例性地，预设要求可以为零件成型致密度大于等于99.6％。表格2为本发明提供的CrCoNi+1％LaF3粉末在不同激光扫描速度和搭接宽度下的致密度实测结果；图3为本发明的第一种不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体低倍显微镜观测图像，如图3所示，激光扫描速度包括800、900、1000、1100和1200；搭接宽度包括20、30、40、50和60。打印制件要求的零件成型致密度大于等于99.6％，则可以从表格2中选择对应的工艺参数，以实现CrCoNi+1％LaF3粉末的致密打印，图3为CrCoNi+1％LaF3粉末对应的不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体在低倍显微镜的观测图像。
表格2
表格3
进一步地，表格3为本发明提供的CrCoNi+0.5％LaF3粉末在不同激光扫描速度和搭接间距下的致密度实测结果；图4为本发明的第二种不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体低倍显微镜观测图像，如图4所示，激光扫描速度包括800、900、1000、1100和1200；搭接宽度包括20、30、40、50和60；改性剂氟化镧为0.5％时的打印工艺参数与致密度之间的对应关系如表格3所示，改性剂氟化镧为0.5％时对应的不同激光扫描速度和搭接间距下打印块体低倍显微镜观测图像如图4所示。
可知的是，打印制件要求的零件成型致密度大于等于99.6％，则可以从表格3中选择对应的打印工艺参数，以实现CrCoNi+0.5％LaF3粉末的致密打印。
具体地，由表格2和表格3以及图3和图4不难看出，不同成分的粉末，如CrCoNi+0.5％LaF3粉末和CrCoNi+1％LaF3粉末，打印工艺窗口值不同，完全按照同一打印工艺参数实现不同成分的粉末打印无法得到致密度满足要求的零件。因此，可以预先进行多组正交实验建立不同粉体成分下工艺参数与致密度之间的耦合关系，建立工艺数据库，进而基于工艺数据库确定不同成分的粉末对应的打印工艺窗口。
可以理解，表格2和表格3中的打印工艺仅作为示例，本领域技术人员可以其他含量的LaF3粉末添加量的三元中熵合金进行打印分析以得到相对应的打印零件致密度。例如，可以对0.1％、0.2％、0.3％等的LaF3粉末进行打印和堆积以得到相对应的打印零件致密度。类似这样的变化，依然在本说明书的保护范围之内。
零件打印模块150，用于将零件数模进行分层切片，基于不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件。
具体地，可以对零件数模进行分层切片，如将零件数模切片成为1,2,3，…i，…n层数模，其中，i为1-n中的任意一层，n为正整数。可以理解，如图2中的第一体区域410、第二体区域420、第三体区域430在进行切片时也被切分，而由于不同体区域对应的粉末成分不同，因此同一层切片中也会采用不同成分的粉末进行打印。图5为发明的第i切片层的示意图，如图5所示，包括：第一面区域510、第二面区域520和第三面区域530，第一面区域510、第二面区域520和第三面区域530具有不同成分粉末。需要说明的是，图5所示的切片层仅作为示例，并不作为对本说明书的限制。
示例性的，可以在每个面区域中依据对应的中熵合金粉末成分以及打印工艺窗口获取模块140中确定的打印窗口，选择任意一个打印工艺实现不同面区域的切片打印。
在一些实施例中，还可以采用如下方式实现零件切片层的打印，具体包括：
第一零件打印子模块，用于确定当前层零件切片中的不同面区域对应的三元中熵合金粉末的成分。
具体地，如图5所示，第一面区域510、第二面区域520和第三面区域530与不同成分的三元中熵合金粉末。可以理解，由于不同面区域是由不同体区域切片得到，其对应的材料成分与原始体区域的材料成分保持一致。体区域410对应于CrCoNi+1％LaF3粉末；体区域420对应于CrCoNi+1.5％LaF3粉末，体区域430对应于CrCoNi+0.5％LaF3粉末；则面区域510对应于CrCoNi+1％LaF3粉末，面区域520对应于CrCoNi+1.5％LaF3粉末，面区域530对应于CrCoNi+0.5％LaF3粉末。
第二零件打印子模块，用于获取不同面区域对应的打印工艺窗口。
进一步地，基于预设的工艺数据库，确定不同面区域中材料成分的打印工艺窗口。各种成分粉末的打印窗口可具体参见打印工艺窗口获取模块140的相应描述，在此不在赘述。
第三零件打印子模块，用于基于不同面区域对应的打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同。
在一些实施例中，可以获取不同面区域的打印工艺窗口的交集，并基于打印工艺窗口的交集对不同面区域进行合并，以得到打印子区域。打印子区域是指可采用同一打印工艺参数进行打印的区域。
可以理解，由于打印工艺窗口的交集中可能存在多组工艺参数，因此面区域的合并可能有多种，相对应的打印子区域的组合形式也会有多种。例如，以图5为例，假设第一面区域510和第二面区域520具有相同的打印工艺交集，则两者可以进行合并得到第一种组合形式；假设第一面区域510和第三面区域530具有相同的打印工艺交集，则两者可以合并得到第二种组合形式。
进一步地，可以基于上述得到的多种打印子区域的组合形式，获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，并基于面积占比确定最优的组合形式。具体地，最优的组合形式为同一打印工艺适用于的打印子区域的面积占比最大。
第一种组合形式为第一面区域510加第二面区域520占总面积71％，第二种组合形式为第一面区域510加第三面区域530占总面积50％，对比之下第一种组合形式所占的面积最大，因此选择第一种组合形式作为优选的组合形式。
可以理解，采用面积占比选取最优的组合形式可以使得整个切片打印过程中的工艺参数尽量趋同，这方便最后之间整体性能的控制，避免制件打印出来的制件应力分布不均。
第四零件打印子模块，用于对多个打印子区域进行路径规划。
由于不同打印子区域的参数不同，因此在进行实际打印时，需要逐个采用不同的工艺参数实现不同打印子区域的打印。示例性地，如确定了打印子区域的最优组合形式后，先进行打印子区域，即第一面区域510和第二面区域520的打印，再进行打印子区域，第三面区域530的打印。
在一些实施例中，基于不同的打印子区域的面积大小进行打印路径的生成。具体地，可确定所述打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对所述打印子区域采用旋转棋盘状扫描策略生成打印路径；否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。采用旋转棋盘状扫描策略可以平衡打印制件的应力，降低打印过程中零件翘曲、断裂的倾向，提升打印制件的力学性能。而采用岛状扫描策略可以有效率地实现小区域部分的打印。
第五零件打印子模块，用于基于每个打印子区域的打印路径以及打印参数，进行当前层零件切片的打印。
在一些实施例中，在完成当前层零件切片的打印后，还可以在打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。因为不同打印子区域的交界处的参数不完全一致，其轮廓部位的粉体烧结可能存在问题，采用轮廓扫描参数可以消除不同打印子区域边界烧结的问题；同时，这一方法还可以降低不同打印子区域之间的应力集中现象，提升打印制件的力学性能。
应当理解的是，上述描述仅为示例性的，并不用于限制本说明书的保护范围。例如，LaF3的含量可以是不同的梯度，如以0.1％、0.15％、0.2％等梯度。又例如，体区域的划分可以是各异性地划分，如以20Mpa、30Mpa等等为一个体区域区间。对于本领域的技术人员来说，可以在本说明书的指导下做出多个修正和改变。然而，这些修正和改变不会脱离本说明书的保护范围。
优选地，第五零件打印子模块，包括：第一单元，用于在多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。
优选地，零件打印模块150，还包括：第六零件打印子模块，用于基于不同面区域的打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；第七零件打印子模块，用于获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，基于面积占比确定最优的组合形式。
优选地，最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的打印子区域的面积占比最大。
优选地，第四零件打印子模块，包括：第二单元，用于确定打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对打印子区域采用旋转棋盘状扫描测量生成打印路径；第三单元，用于否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。
图6为本发明的流程示意图，如图6所示，本发明提供了一种基于增材制造的合金零件打印方法，包括：
步骤1：获取零件数模。
步骤2：将零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到零件数模不同体区域的受力情况。
步骤3：用于基于不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的三元中熵合金粉末。
优选的，步骤3，包括：
步骤301：获取不同氟化镧添加量下的三元中熵合金粉末打印零件的力学性能；
步骤302：基于体区域对应的受力情况从力学性能中选择对应氟化镧添加量的三元中熵合金粉末。
优选的，三元中熵合金粉末成分由铬、钴、镍以及改性剂氟化镧组成，三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备。
优选的，改性剂氟化镧的成分小于或者等于1.5％。
步骤4：基于预设的工艺数据库，确定不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口。
步骤5：将零件数模进行分层切片，基于不同成分的三元中熵合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件。
优选的，步骤5，包括：
步骤501：确定当前层零件切片中的不同面区域对应的三元中熵合金粉末的成分；
步骤502：获取不同面区域对应的打印工艺窗口；
步骤503：基于不同面区域对应的打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同；
步骤504：对多个打印子区域进行路径规划；
步骤505：基于每个打印子区域的打印路径以及打印参数，进行当前层零件切片的打印；
优选的，步骤505，包括：
步骤5051：在多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。
优选的，步骤5，还包括：
步骤6：基于不同面区域的打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；
步骤7：获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，基于面积占比确定最优的组合形式。
优选的，最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的打印子区域的面积占比最大。
优选的，步骤504，包括：
步骤5041：确定打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对打印子区域采用旋转棋盘状扫描测量生成打印路径；步骤5042：否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。
本发明解决的技术问题是：
1、同一零件不同部位的受力状态并不完全一致，采用同种成分的CrCoNi三元中熵合金进行同一零件的打印难以适用于不同受力载荷的需求。
2、采用增材制造技术制备CrCoNi三元中熵合金仍面临组织柱状外延以及氧含量偏高等问题，严重影响强韧性能。
本发明的技术原理是：
通过在金属粉体中增加氟化镧(LaF3)，以原位生成La2O3颗粒作为形核质点促进等轴晶生长，通过La2O3颗粒的“钉扎效应”细化晶粒提高强韧性；通过不同含量的氟化镧(LaF3)的添加改变粉材的成分配比，以实现不同区域的零件采用不同成分的粉体进行打印，使得同一零件不同区域的力学性能满足服役的需求。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过在三元中熵合金粉末中添加改性剂氟化镧可以净化晶界，减少氢元素在晶界的富集，减少氢气孔的析出。
2、通过模拟仿真的方法获取到体区域的受力状态，进而体区域受力状态与相当级别的粉末种类进行耦合，可以使得不同受力状态的零件部分各异性地采用不同材料的进行打印，以满足服役要求。
3、采用面积占比选取最优的组合形式可以使得整个切片打印过程中的工艺参数尽量趋同，能有效控制制件整体的性能，避免制件打印出来的制件应力分布不均。
4、在完成当前层零件切片的打印后，还可以在打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描，在消除不同打印子区域边界烧结不好的问题的同时，还可以降低不同打印子区域之间的应力集中现象，提升打印制件的力学性能。
应当理解的是，上述关于步骤的描述仅为示例性的，并不用于限制本说明书的保护范围。对于本领域的技术人员来说，可以在本说明书的指导下做出多个修正和改变。然而，这些修正和改变不会脱离本说明书的保护范围。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本说明书的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本说明书的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本说明书的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。
本说明书各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、VisualBasic、Fortran2003、Perl、COBOL2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在设备计算机上运行、或作为独立的软件包在设备计算机上运行、或部分在设备计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或处理设备上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与设备计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的处理设备或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (6)

1.一种基于增材制造的合金零件打印系统，其特征在于，包括：
零件数模获取模块，用于获取零件数模；
模拟仿真模块，用于将所述零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到所述零件数模不同体区域的受力情况；
体区域确认模块，用于基于所述不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的合金粉末；
打印工艺窗口获取模块，用于基于预设的工艺数据库，确定所述不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口；
零件打印模块，用于将所述零件数模进行分层切片，基于所述不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件；
所述合金粉末为三元中熵合金粉末，所述三元中熵合金粉末成分包括铬、钴、镍以及改性剂氟化镧，所述三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备；
所述零件打印模块，包括：
第一零件打印子模块，用于确定当前层零件切片中的不同面区域对应的所述合金粉末的成分；
第二零件打印子模块，用于获取所述不同面区域对应的所述打印工艺窗口；
第三零件打印子模块，用于基于所述不同面区域对应的所述打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同；
第四零件打印子模块，用于对所述多个打印子区域进行路径规划；
第五零件打印子模块，用于基于每个打印子区域的打印路径以及所述打印参数，进行所述当前层零件切片的打印；
所述零件打印模块，还包括：
第六零件打印子模块，用于基于所述不同面区域的所述打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到所述多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；
第七零件打印子模块，用于获取不同组合形式对应的所述打印子区域的面积占比，基于所述面积占比确定最优的组合形式；
所述最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的所述打印子区域的面积占比最大。
2.根据权利要求1所述的基于增材制造的合金零件打印系统，其特征在于，所述第五零件打印子模块，包括：
第一单元，用于在所述多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描。
3.根据权利要求1所述的基于增材制造的合金零件打印系统，其特征在于，所述第四零件打印子模块，包括：
第二单元，用于确定所述打印子区域的面积大小是否大于第一阈值，若大于第一阈值，对所述打印子区域采用旋转棋盘状扫描测量生成打印路径；
第三单元，用于否则，采用岛状扫描策略生成打印路径。
4.根据权利要求1所述的基于增材制造的合金零件打印系统，其特征在于，所述改性剂氟化镧的成分小于或者等于1.5％。
5.根据权力要求1所述的基于增材制造的合金零件打印系统，其特征在于，所述体区域确认模块，包括：
第一体区域确认子模块，用于获取不同氟化镧添加量下的所述合金粉末打印零件的力学性能；
第二体区域确认子模块，用于基于所述体区域对应的所述受力情况从所述力学性能中选择对应氟化镧添加量的合金粉末。
6.一种基于增材制造的合金零件打印方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取零件数模；
步骤2：将所述零件数模在预设载荷下进行模拟仿真，得到所述零件数模不同体区域的受力情况；
步骤3：基于所述不同体区域的受力情况，确定对应的不同成分的合金粉末；
步骤4：基于预设的工艺数据库，确定所述不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口；
步骤5：将所述零件数模进行分层切片，基于所述不同成分的合金粉末对应的打印工艺窗口对切分出的每层零件切片进行打印，层层堆砌得到打印构件；
所述合金粉末为三元中熵合金粉末，所述三元中熵合金粉末成分包括铬、钴、镍以及改性剂氟化镧，所述三元中熵合金粉末在3D打印前经球磨处理制备；
步骤5，包括：
步骤501：确定当前层零件切片中的不同面区域对应的三元中熵合金粉末的成分；
步骤502：获取不同面区域对应的打印工艺窗口；
步骤503：基于不同面区域对应的打印工艺窗口确定将多个面区域进行合并，得到多个打印子区域，同一打印子区域中的打印参数相同；
步骤504：对多个打印子区域进行路径规划；
步骤505：基于每个打印子区域的打印路径以及打印参数，进行当前层零件切片的打印。
所述步骤505，包括：
步骤5051：在多个打印子区域的交界处采用轮廓扫描参数进行至少一次扫描；
还包括：
步骤506：基于不同面区域的打印工艺窗口的交集进行面区域的合并，得到多个打印子区域，得到不同种类打印子区域的组合形式；
步骤507：获取不同组合形式对应的打印子区域的面积占比，基于面积占比确定最优的组合形式；
所述最优的组合形式表示同一打印工艺适用于的所述打印子区域的面积占比最大。
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