CN117620213A - 一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，涉及属于激光选区熔化成形技术领域，模型处理：对块状试样待填支撑区域添加支撑；工艺参数设置：零件成形及后处理：块状试样的成形及后处理如常规激光选区熔化成形制件一致；通过工艺填充软件提前识别出支撑区域支撑与制件实体重合位置的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，并通过工艺填充软件将此区域的支撑参数设置为与制件实体一致；通过此操作可使支撑获得与制件实体相同的内部质量，在零件经去支撑、打磨后获得了高致密度的组织形貌，提高了零件在此区域位置的无损检测合格率。
Description
技术领域
本发明属于激光选区熔化成形技术领域，尤其涉及一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法。
背景技术
随着激光选区熔化成形技术在航空航天、军工、燃机等领域不断地深入应用，激光选区熔化成形制件的质量问题也日益暴露。在众多质量问题中，激光选区熔化成形制件的表面质量问题最为突出，因制件荧光渗透检测不合格导致零件返修、报废的情况时有发生，导致了
极大的时间、周期成本浪费。
在高功率激光束长期循环往复逐点扫描熔化-逐线扫描搭接-逐层凝固堆积的金属构件激光选区熔化成形过程中， 粉末状态、 成形工艺参数、保护气氛、熔池熔体状态的波动和变化、扫描填充轨迹的变换等影响因素， 都可能在零件内部沉积层与沉积层之间、沉积层与沉积道之间、沉积道与沉积道之间、 单一沉积层内部等局部区域产生各种特殊的内部冶金缺陷（如未熔合、气孔、夹杂物、热裂纹/ 凝固裂纹等） 并影响最终成形零件的内部质量、力学
性能和构件的服役使用安全。
激光选区熔化成形制件表面缺陷问题主要表现为气孔、未熔合，缺陷形貌如图2所示。在激光选区熔化成形过程中优化后的工艺参数组织内部的气孔、未熔缺陷得到了有效控制，其相对致密度一般可达到99.9%以上，经CT检测其内部组织如下图3（a）所示。增材制造制件的成形过程中为追求成形效率和支撑的易去除性，支撑的工艺参数与制件不同，支撑在成形过程中仅要求具有一定的强度，对其内部组织未有过高要求，支撑组内部一般存在尺寸较大、数量众多的气孔、未熔合缺陷，其CT检测的内部组织状态一般如下图3（b）所示。。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供本发明提出一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，有效减少激光选区熔化成形制件近表面缺陷的产生，获得表面质量优异的。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，具体包含如下步骤；
步骤1，模型处理：对块状试样待填支撑区域添加支撑；
步骤2，工艺参数设置：使用工艺填充软件加载切片数据，切片数据分三类，分别为块状试样、实体轮廓支撑、非实体块状支撑，切片数据加载完成后支撑嵌入实体区域的某层填充数据；
步骤3，零件成形及后处理：块状试样的成形及后处理如常规激光选区熔化成形制件一致。
作为本发明减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法的进一步优选方案，在步骤1中，使用Magics软件对块状试样待填支撑区域添加支撑。
作为本发明减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法的进一步优选方案，所述支撑区域添加的支撑包括实体轮廓支撑、非实体的块状支撑。
作为本发明减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法的进一步优选方案，在步骤2中，工艺填充软件识别出支撑嵌入实体的区域部分，提取出此区域中的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，同时可同化此区域实体轮廓支撑、非实体块状支撑，即通过工艺填充软件处理后此区域内的实体轮廓支撑、非实体块状支撑工艺参数与块状试样的工艺参数一致，实
现支撑嵌入区域组织内部的高质量成形。
作为本发明减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法的进一步优选方案，在步骤2中，实体轮廓支撑的工艺参数为：激光功率P=310W、扫描速度V=1200mm/s、扫描间距d=0.13mm、层厚h=0.04mm，。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明通过工艺填充软件提前识别出支撑区域支撑与制件实体重合位置的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，并通过工艺填充软件将此区域的支撑参数设置为与制件实体一致；通过此操作可使支撑获得与制件实体相同的内部质量，在零件经去支撑、打磨后获得了高致密度的组织形貌，提高了零件在此区域位置的无损检测合格率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本发明点状荧光缺陷显示示意图；
图2是本发明气孔和未熔合缺陷形貌示意图；
图2（a）是本发明支撑与实体零件重叠区域示意图；
图2（b）是本发明重叠区域中的实体轮廓支撑示意图；
图2（c）是本发明距支撑一定区域范围才有零件实体区域示意图；
图2（d）是本发明支撑周边无零件实体区示意图；
图3(a)是本发明CT检测结果优化后制件实体工艺参数；
图3(b)是本发明CT检测结果支撑工艺参数；
图4(a)是本发明块状试样支撑正视图；
图4(b)是本发明块状试样支撑剖面图；
图4(c)是本发明块状试样支撑轴侧剖视图；
图5是本发明支撑嵌入制件实体区域填充结果示意图。
图中标号具体如下：1、实体零件；2、重叠区域；3、实体轮廓支撑；4、实体轮廓支撑5、非实体块状支撑；6、试块实体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
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。下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，以一简单TC4钛合金块状试样的成形进行具体说明，包括以下步骤：
（1）模型处理：如附图4（a）所示，使用Magics软件对块状试样待填支撑区域添加支撑，本示例中支撑区域添加的支撑包括实体轮廓支撑、非实体的块状支撑，如附图4（c）所示，支撑嵌入零件实体两个层厚的距离，如附图4（b）所示支撑添加完成后进行分层切片，形成切片数据供下一步使用；图中标号：1、实体零件；2、重叠区域；3、实体轮廓支撑。
（2）工艺参数设置：使用工艺填充软件加载切片数据，切片数据分三类，分别为块状试样、实体轮廓支撑、非实体块状支撑，切片数据加载完成后支撑嵌入实体区域的某层填充数据如下图5所示。图中标号为：4、实体轮廓支撑 5、非实体块状支撑；6、试块实体。
其中块状试样、实体轮廓、非实体块状支撑在成形过程中设置的工艺参数各不一样。本示例中TC4块状试样的工艺参数为：激光功率P=310W、扫描速度V=1200mm/s、扫描间距d=0.13mm、层厚h=0.04mm，实体轮廓支撑的工艺参数为：激光功率P=330W、扫描速度V=1600mm/s、扫描间距d=0.13mm、层厚h=0.08mm，非实体块状支撑的工艺参数为：激光功率P=260W、扫描速度V=2200mm/s、层厚h=0.08mm。
如附图5所示，在支撑嵌入零件实体的区域内常规工艺填充软件仅能实现块状试样、实体轮廓支撑、非实体块状支撑按各自的参数成形。
本专利中涉及的工艺填充软件可提前识别出支撑嵌入实体的区域部分，并可提取出此区域中的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，同时可同化此区域实体轮廓支撑、非实体块状支撑，即通过工艺填充软件处理后此区域内的实体轮廓支撑、非实体块状支撑工艺参数与块状试样的工艺参数一致，实体轮廓支撑的工艺参数为：激光功率P=310W、扫描速度V=1200mm/s、扫描间距d=0.13mm、层厚h=0.04mm，非实体块状支撑的工艺参数为：激光功率P=310W、扫描速度V=1200mm/s、层厚h=0.04mm。通过此操作可避免支撑区域内气孔、未熔合缺陷的产生，实现支撑嵌入区域组织内部的高质量成形；
工艺填充软件识别出支撑嵌入实体的区域部分，提取出此区域中的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，同时可同化此区域实体轮廓支撑、非实体块状支撑，即通过工艺填充软件处理后此区域内的实体轮廓支撑、非实体块状支撑工艺参数与块状试样的工艺参数一致，实现支撑嵌入区域组织内部的高质量成形。
如图2（a）所示，箭头指示区域为支撑与实体零件重叠区域，图2（b）中黑色区域为重叠区域中的实体轮廓支撑。图2（b）中支实体轮廓支撑周边及自己所在区域均被填充线占据此时即可判定为支撑与实体的重叠区域，此区域的支撑被填充软件赋予与实体零件相同的工艺参数；当支撑如图2（c）、图2（d）所示分布，即距支撑一定区域范围才有零件实体区域，或支撑周边无零件实体区域，此种情况下的支撑成形工艺参数保持填充软件中设置的支撑工艺参数。
（3）零件成形及后处理：块状试样的成形及后处理如常规激光选区熔化成形制件一致。
本发明一种减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法的有益效果是：通过工艺填充软件提前识别出支撑区域支撑与制件实体重合位置的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，并通过工艺填充软件将此区域的支撑参数设置为与制件实体一致。通过此操作可使支撑获得与制件实体相同的内部质量，在零件经去支撑、打磨后获得了高致密度的组织形貌，提高了零件在此区域位置的无损检测合格率。。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (5)
1.减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，其特征在于：具体包含如下步骤；
步骤1，模型处理：对块状试样待填支撑区域添加支撑；
步骤2，工艺参数设置：使用工艺填充软件加载切片数据，切片数据分三类，分别为块状试样、实体轮廓支撑、非实体块状支撑，切片数据加载完成后支撑嵌入实体区域的某层填充数据；
步骤3，零件成形及后处理：块状试样的成形及后处理如常规激光选区熔化成形制件一致。
2.根据权利要求1所述的减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，其特征在于：在步骤1中，使用Magics软件对块状试样待填支撑区域添加支撑。
3.根据权利要求1所述的减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，其特征在于：所述支撑区域添加的支撑包括实体轮廓支撑、非实体的块状支撑。
4.根据权利要求1所述的减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，其特征在于：在步骤2中，工艺填充软件识别出支撑嵌入实体的区域部分，提取出此区域中的实体轮廓支撑、非实体块状支撑，同时可同化此区域实体轮廓支撑、非实体块状支撑，即通过工艺填充软件处理后此区域内的实体轮廓支撑、非实体块状支撑工艺参数与块状试样的工艺参数一致，实现支撑嵌入区域组织内部的高质量成形。
5.根据权利要求1所述的减少激光选区熔化成形制件支撑区域近表面缺陷的方法，其特征在于：在步骤2中，实体轮廓支撑的工艺参数为：激光功率P=310W、扫描速度V=1200mm/s、扫描间距d=0.13mm、层厚h=0.04mm。。
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