CN115365502B - 一种用于立体花丝的激光增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于立体花丝的激光增材制造方法。包括以下步骤：平面设计出花丝的三维尺寸图，得花丝结构模型；将花丝结构模型转化成3D打印可读取文件，导入到商用修复剖面软件中进行处理，设置每层高度，沿着成型方向切片，并保存每一层信息进行记录；以金属粉末为原料，在3D打印机上设置激光选区熔化工艺的成形工艺参数，按照保存的每层信息，并进行激光加工，当前层按照预设的花丝结构截面轮廓进行扫描、烧结、打印得到截面层，采用“井字形”横竖垂直交叉的扫描至成形。该方法可以制备多种形态，多种尺寸的立体花丝纹样，一体成型，无需拆分焊接加工，提高了生产效率。而且花丝的精度可以达到0.4mm，远细于传统铸造花丝。
Description
技术领域
本发明涉及金属花丝制作技术领域，具体涉及一种用于立体花丝的激光增材制造方法。
背景技术
花丝首饰制造是中国传统手工艺术，在发展过程中，花丝工艺日益完美。至今，绝大多数的首饰加工工艺也归属于花丝镶嵌工艺范围，然而传统的制造手段，工艺方法科技水平不高，效率低下，中国发明专利采用3D打印蜡模铸造花丝，铸造过程中会导致模型收缩等多种不可控因素，影响花丝质量，同时精度受到铸造技术的制约，限制了很多花丝工艺的表现；CN 110576151A中国发明专利CN 109014036A提供了一种手工花丝新型制备工艺，但由于依然使用模具间接制造，导致其仍然存在产品精度、不利于推广等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种用于立体花丝的激光增材制造方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的第一目的是提供一种用于立体花丝的激光增材制造方法，包括以下步骤：
步骤S1，平面设计出花丝的三维尺寸图，尺寸按1:1设计，并标记花丝部分，得花丝结构模型；
步骤S2，将步骤S1获得的花丝结构模型转化成3D打印可读取的STL数据格式文件，导入到商用修复剖面软件中进行处理，设置每层高度，沿着成型方向切片，打印设备保存每一层信息进行记录；
步骤S3，以金属粉末为原料，在3D打印机上设置激光选区熔化工艺的成形工艺参数，按照步骤S2保存的每层信息，并进行激光加工，所述激光选区熔化工艺中将当前层按照预设的花丝结构截面轮廓进行扫描、烧结、打印得到截面层，采用“井字形”横竖垂直交叉的扫描：
所述激光选区熔化工艺的成形工艺参数包括：激光功率为60～80w；扫描速度为：50～3000mm/s；光斑直径为0.05～0.08mm；层厚为0.05～0.06mm；再涂覆时间为2.5～3s；3D打印腔体内的注入有惰性气体，氧气含量不高于0.5％，温度不高于30℃，湿度为30～50％RF；
步骤S4，将步骤S3激光加工后的花丝金属件进行去支撑处理，超声清洗，去除多余的金属粉末，获得立体花丝成品件。
进一步的，步骤S3中，所述金属粉末的粒径不大于50μm。
进一步的，步骤S3中，所述金属粉末包括925银粉，铜粉和金粉中任一种或多种。
进一步的，步骤S3中，所述惰性气体包括氮气和氩气中的任一种。
进一步的，步骤S3中，注入惰性气体的流量为2.4～2.5L/min。
进一步的，步骤S3中，所述激光扫描的间距为0.05～0.06mm，激光扫描速度为1500～2500mm/s。
与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种用于花丝的激光增材制造方法，包括以下步骤：平面设计出花丝的三维尺寸图，得花丝结构模型；将花丝结构模型转化成3D打印可读取文件，导入到商用修复剖面软件中进行处理，设置每层高度，沿着成型方向切片，并保存每一层信息进行记录；以金属粉末为原料，在3D打印机上设置激光选区熔化工艺的成形工艺参数，按照保存的每层信息，并进行激光加工，当前层按照预设的花丝结构截面轮廓进行扫描、烧结、打印得到截面层，采用“井字形”横竖垂直交叉的扫描至成形。该方法可以制备多种形态，多种尺寸的立体花丝纹样，一体成型，无需拆分焊接加工，提高了生产效率。而且花丝的精度可以达到0.4mm，远细于传统铸造花丝。
附图说明
图1是采用本发明的激光增材制造方法加工得到的花丝金属件的线型标准模型样式结构示意图；
图2是采用本发明的激光增材制造方法加工得到的花丝金属件的弧形标准模型样式结构示意图；
图3为采用银粉方法加工得到的花丝金属件的单元结构图；
图4为采用金粉加工得到的花丝金属件的单元结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
选择925银粉作为打印原材料，该银粉中的银含量不低于93.0％，铜和其他杂质含量不高于7.0％，粉末颗粒呈球形状，粉末的散装密度约为10.4g/cm3、松装密度约为5.0g/cm3和振密度约为5.9g/cm3；粉末颗粒的粒径分布为d10约为16μm，d50约为25μm，d90约为39μm；以利于花丝的成型，及花丝厚度的控制。
使用氮气，氩气等惰性气体注入打印机腔体内，采用精确调控3D打印腔体内的氮气的流量和压强，打印时氧气含量控制在0.5％；光斑(Laser focus)直径(Diameter)为0.05mm；激光扫描速度(Border Speed)为0.5m/s；再涂覆时间(Recoating time)为2.5s；打印机激光参数控制在60-80w；室内温度不高于30摄氏度；湿度控制在30-50％RF；铺粉时，铺粉量按照系统配置220％的粉末配量以上，同时将储料缸下降2mm及以上，保证实验过程中有充足的粉末；打印机气体选择氮气/氩气(惰性气体)；确保保护气体循环正常，保护气体入口速度为2.4L/min，扫描的间距为0.05～0.06mm；所述扫描的速度为激光加工后的花丝金属件进行去支撑处理，超声清洗，去除多余的金属粉末，获得立体花丝成品件。
如图1所示，为采用本发明的激光增材制造方法加工得到的花丝金属件的线型标准模型样式结构示意图，其纵截面的倾斜角度为40～90度，花丝直径不大于0.4mm。
如图2所示，为采用本发明的激光增材制造方法加工得到的花丝金属件的弧型标准模型样式结构示意图，模型样式的直径3.5cm，花丝直径不大于0.46mm。
如图3所示，为采用银粉加工得到的多个弧型标准模型组成的圆形花丝金属件的单元结构图。
实施例2
选择金粉作为打印原材料，金粉可以为18k金或者24k金，粉末颗粒呈球形状，粉末的散装密度约为10.4g/cm3、松装密度约为5.0g/cm3和振密度约为5.9g/cm3；粉末颗粒的粒径分布为d10约为16μm，d50约为25μm，d90约为39μm；以利于花丝的成型，及花丝厚度的控制。
使用氮气，氩气等惰性气体注入打印机腔体内，采用精确调控3D打印腔体内的氮气的流量和压强，打印时氧气含量控制在0.5％；光斑(Laser focus)直径(Diameter)为0.05mm；激光扫描速度(Border Speed)为0.5m/s；再涂覆时间(Recoating time)为2.5s；打印机激光参数控制在60-80w；室内温度不高于30摄氏度；湿度控制在30-50％RF；铺粉时，铺粉量按照系统配置220％的粉末配量以上，同时将储料缸下降2mm及以上，保证实验过程中有充足的粉末；打印机气体选择氮气/氩气(惰性气体)；确保保护气体循环正常，保护气体入口速度为2.4L/min，扫描的间距为0.05～0.06mm；所述扫描的速度为激光加工后的花丝金属件进行去支撑处理，超声清洗，去除多余的金属粉末，获得立体花丝成品件。
如图4所示，为采用金粉方法加工得到的多个弧型标准模型组成的方形花丝金属件的单元结构图。
实施例3
选择青铜粉作为打印原材料，该青铜粉中的铜含量不低于90.0％，锡含量不高于10％，粉末颗粒呈球形状，粉末的散装密度约为10.4g/cm3、松装密度约为5.0g/cm3和振密度约为5.9g/cm3；粉末颗粒的粒径分布为d10约为16μm，d50约为25μm，d90约为39μm；以利于花丝的成型，及花丝厚度的控制。
使用氮气，氩气等惰性气体注入打印机腔体内，采用精确调控3D打印腔体内的氮气的流量和压强，打印时氧气含量控制在0.5％；光斑(Laser focus)直径(Diameter)为0.05mm；激光扫描速度(Border Speed)为0.5m/s；再涂覆时间(Recoating time)为2.5s；打印机激光参数控制在60-80w；室内温度不高于30摄氏度；湿度控制在30-50％RF；铺粉时，铺粉量按照系统配置220％的粉末配量以上，同时将储料缸下降2mm及以上，保证实验过程中有充足的粉末；打印机气体选择氮气/氩气(惰性气体)；确保保护气体循环正常，保护气体入口速度为2.4L/min，扫描的间距为0.05～0.06mm；所述扫描的速度为激光加工后的花丝金属件进行去支撑处理，超声清洗，去除多余的金属粉末，获得立体花丝成品件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于立体花丝的激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、平面设计出花丝的三维尺寸图，尺寸按1:1设计，并标记花丝部分，得花丝结构模型；
S2、将步骤S1获得的花丝结构模型转化成3D打印可读取的STL数据格式文件，导入到商用修复剖面软件中进行处理，设置每层高度，沿着成型方向切片，打印设备保存每一层信息进行记录；
S3、以金属粉末为原料，在3D打印机上设置激光选区熔化工艺的成形工艺参数，按照步骤S2保存的每层信息，并进行激光加工，所述激光选区熔化工艺中将当前层按照预设的花丝结构截面轮廓进行扫描、烧结、打印得到截面层，采用“井字形”横竖垂直交叉的扫描；
所述金属粉末的粉末颗粒呈球形状，粉末的散装密度约为10.4g/cm3、松装密度约为5.0g/cm3和振密度约为5.9g/cm3；粉末颗粒的粒径分布为d10为16μm，d50为25μm，d90为39μm；
所述激光选区熔化工艺的成形工艺参数包括：激光功率为60~80w；激光扫描速度为：0.5m/s；光斑直径为0.05mm；层厚为0.05~0.06mm；再涂覆时间为2.5~3 s；3D打印腔体内注入有惰性气体，氧气含量控制在0.5%，温度不高于30℃，湿度为30~50%RF；铺粉时，铺粉量按照系统配置220%的粉末配量以上，同时将储料缸下降2mm及以上，保证实验过程中有充足的粉末；打印机气体选择惰性气体；确保保护气体循环正常，保护气体入口速度为2.4L/min，扫描的间距为0.05~0.06mm；所述扫描的速度为1500~2500mm/s；
S4、将步骤S3激光加工后的花丝金属件进行去支撑处理，超声清洗，去除多余的金属粉末，获得立体花丝成品件。
2.如权利要求1所述的一种用于立体花丝的激光增材制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述金属粉末包括925银粉，铜粉和金粉中任一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种用于立体花丝的激光增材制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述惰性气体包括氮气和氩气中的任一种。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 3D打印工艺与传统首饰制作工艺的比较研究;廖琼;;宝石和宝石学杂志(中英文)(第01期);第61-68页 * |
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| CN115365502A (zh) | 2022-11-22 |
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