RU2806071C1

RU2806071C1 - Method for preparing previously manufactured defects in form of gas pore, method for preparing previously manufactured part with such defects in additive manufacturing of metal parts and such previously manufactured part

Info

Publication number: RU2806071C1
Application number: RU2022127337A
Authority: RU
Inventors: Лимин ЛЭЙ; Цзюнь ФУ; Яли ЛИ; Синьминь ЧЖОУ; Синь ФУ
Original assignee: Аесс Шанхай Кемешл Эйркрафт Энджин Мэньюфэкчуринг Ко., Лтд.; Аесс Кемешл Эйркрафт Энджин Ко., Лтд.
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2023-10-25

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: group of inventions relates to methods for preparing prefabricated defects in the form of a gas pore and built-in defects in the form of a gas pore and their prefabricated parts. The method for preparing pre-made defects in the form of a gas pore contains: setting a defect zone, setting the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone, adjusting the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of a gas pore, based on the laser melting deposition method. According to the method, layer-by-layer printing of the defect zone is carried out using defect preparation powder and defect preparation process parameters, where the particle size of the defect preparation powder ranges from 45 and 106 microns, the proportion of satellite powder is 55-65% and the proportion of hollow powder is 2.9-3.1%. The defect preparation process parameters include: laser power 600-1000 W, scanning speed 400-800 mm/min, powder feed rate 12-20 g/min, spot diameter 1-2 mm, scanning step 0.5-1 mm and layer thickness 0.15-0.2 mm.

EFFECT: group of inventions provides effective control of the position and proportion of defects in the form of a gas pore generated in a prefabricated part, an effective assessment of the relationship between defects in the form of a gas pore inside a prefabricated part and the mechanical characteristics of a prefabricated part.

16 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Изобретение относится к области аддитивного производства и, в частности, к способам подготовки заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры и подготовки заранее изготовленной детали с такими дефектами, и к такой заранее изготовленной детали.The invention relates to the field of additive manufacturing and, in particular, to methods for preparing prefabricated defects in the form of a gas pore and preparing a prefabricated part with such defects, and to such a prefabricated part.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Технология аддитивного производства (AM) общеизвестна как технология 3D печати (трехмерной печати). В настоящее время, аддитивное производство металлических изделий получает все большее и большее развитие и широко применяется в аэрокосмической области, производстве медицинского оборудования, автомобильной промышленности, ядерной энергетике и т.д. Среди них, метод осаждения лазерным плавлением (LMD) на основе синхронной подачи порошка является популярной технологией аддитивного производства, где порошок транспортируется газом-носителем для слипания в сферический порошок, высокоэнергичные лазерные пучки используются для плавления металлического порошка, который одновременно транспортируется и слипается, образуя движущиеся ванны расплавленного металла в неустойчивом состоянии, малые ванны расплава быстро отвердевают вследствие большого температурного градиента, послойно плавится и накапливается и, наконец, формируется в виде твердой детали. Эта технология обычно применяется при быстром формировании больших и сложных металлоконструкций аэрокосмической и военной техники с низкой стоимостью и коротким циклом или быстром восстановлении компонентов с высокой добавленной стоимостью, например, системы монтажной секции авиадвигателя, платформы задней секции, облопаченного диска, лопаток турбины и других деталей.Additive manufacturing (AM) technology is commonly known as 3D printing (three-dimensional printing) technology. Nowadays, additive manufacturing of metal products is becoming more and more developed and widely applied in aerospace, medical equipment, automotive, nuclear power, etc. Among them, laser melting deposition (LMD) method based on synchronous powder feeding is a popular additive manufacturing technology, where the powder is transported by a carrier gas to coalesce into a spherical powder, high-energy laser beams are used to melt the metal powder, which is simultaneously transported and coalesced to form moving pools of molten metal in an unstable state, small pools of melt quickly solidify due to a large temperature gradient, melt and accumulate layer by layer and finally form into a solid part. This technology is typically used in the rapid formation of large and complex aerospace and military metal structures with low cost and short cycle times, or the rapid remanufacturing of high value-added components such as aircraft engine mounting section system, rear section platform, bladed disk, turbine blades and other parts.

Процесс формирования/восстановления металла путем осаждения лазерным плавлением на основе синхронной подачи порошка предусматривает соединение нескольких полей, например, поля температур и поля напряжений, что является сложным процессом неравновесного отвердевание с большим количеством факторов неустойчивости. Избежать возникновения дефектов разных типов и размеров не удается, и обычно можно обнаружить поры, трещины и непровар. Вследствие анизотропных структуры и характеристик изделия аддитивного производства и отличий от изделий, полученных традиционными методами литья, ковки, сварки и другими, генерируемые дефекты также различаются. Традиционные способы обнаружения и оценивания дефектов в основном не пригодны для аддитивного производства. Таким образом, подготовка стандартной детали аддитивного производства с дефектами, образца дефекта или части дефекта позволяет не только подготавливаться к точному неразрушающему испытанию дефектов, но и точно осуществлять качественное и количественное исследование на дефектах, генерируемых в аддитивном производстве, точно моделируя влияние дефектов разных типов или размеров на механические свойства деталей, полученных формированием/восстановлением при аддитивном производстве металлических изделий, для дополнительного изучения и подтверждения влияния дефектов нанадежность деталей аддитивного производства, что имеет большое значение для применения деталей аддитивного производства в аэрокосмической и других областях.The process of metal formation/recovery by laser melting deposition based on synchronous powder supply involves the combination of several fields, for example, a temperature field and a stress field, which is a complex non-equilibrium solidification process with a large number of instability factors. It is not possible to avoid the occurrence of defects of various types and sizes, and pores, cracks and lack of fusion can usually be detected. Due to the anisotropic structure and characteristics of an additively manufactured product and differences from products produced by traditional methods of casting, forging, welding and others, the generated defects also differ. Traditional defect detection and evaluation methods are generally not suitable for additive manufacturing. Thus, preparing a standard additive manufacturing part with defects, a defect sample, or a defect part allows not only to prepare for accurate non-destructive testing of defects, but also to accurately carry out qualitative and quantitative research on defects generated in additive manufacturing, accurately simulating the effect of defects of different types or sizes on the mechanical properties of parts obtained by forming/restoring in the additive manufacturing of metal products, to further study and confirm the influence of defects and the reliability of additive manufacturing parts, which is of great importance for the application of additive manufacturing parts in aerospace and other fields.

Дефект в виде газовой поры представляет собой сферическую пору, обусловленную утечкой газа или притоком газа, которая своевременно не удаляется в ходе охлаждения и отвердевания металла. Газовые поры внутри детали обычно действуют как источник зарождения и распространения трещины, значительно ухудшая механические характеристики материала и оказывая негативное влияние на срок службы детали. В настоящее время для подготовки металлического изделия со встроенными дефектами в виде газовой поры, применяются два способа: один состоит в предварительном формировании газовых пор на поверхности изделия и затем осуществлении наварки покрытия для формирования дефектов в виде газовой поры определенного размера, второй состоит в использовании избирательного лазерного плавления (SLM) непосредственно для 3D печати дефектов в виде газовой поры с предполагаемыми контурами и непосредственном формировании изделия с газовыми порами внутри. Изделие с газовыми порами, подготовленное первым способом обуславливает различные степени повреждения структуры и характеристики изделия. Изделие с газовыми порами, подготовленное вторым способом, нарушает непрерывность и целостность структуры, порошок остается в порах и застревает на границах, из-за чего гладкие газовые поры не могут сформироваться при малом диаметре поры, пора с большой вероятностью заполняется расплавленным металлом граничного контура, что препятствует формированию газовой поры. Два вышеупомянутых способа не позволяют моделировать особенности дефектов в виде газовой поры, генерируемых в процессе отвердевания изделия точно, не позволяют представлять особенности структуры дефектов в виде газовой поры точно и не позволяют точно и эффективно оценивать соотношение между дефектами и механическими свойствами.A defect in the form of a gas pore is a spherical pore caused by a gas leak or gas influx, which is not promptly removed during cooling and solidification of the metal. Gas pores within a part typically act as a source of crack initiation and propagation, significantly degrading the mechanical properties of the material and negatively impacting the service life of the part. Currently, to prepare a metal product with built-in defects in the form of a gas pore, two methods are used: one consists of preliminary formation of gas pores on the surface of the product and then welding of the coating to form defects in the form of a gas pore of a certain size, the second consists of using selective laser melting (SLM) directly for 3D printing of defects in the form of a gas pore with expected contours and direct formation of a product with gas pores inside. A product with gas pores prepared using the first method causes varying degrees of damage to the structure and characteristics of the product. A product with gas pores, prepared by the second method, violates the continuity and integrity of the structure, the powder remains in the pores and gets stuck at the boundaries, which is why smooth gas pores cannot form with a small pore diameter, the pore is most likely filled with the molten metal of the boundary contour, which prevents the formation of a gas pore. The above two methods do not accurately model the features of gas pore defects generated during the solidification process, do not accurately represent the structure features of gas pore defects, and do not accurately and effectively evaluate the relationship between defects and mechanical properties.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры, позволяющего эффективно управлять позицией и долей дефектов в виде газовой поры, генерируемых в заранее изготовленной детали. One object of the present invention is to provide a method for preparing prefabricated gas pore defects to effectively control the position and proportion of gas pore defects generated in a prefabricated part.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде газовой поры внутри заранее изготовленной детали и механическими характеристиками заранее изготовленной детали. It is yet another object of the present invention to provide a method for preparing a prefabricated part with embedded gas pore defects so that the relationship between the gas pore defects within the prefabricated part and the mechanical performance of the prefabricated part can be effectively assessed.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, где заранее изготовленная деталь подготавливается вышеупомянутым способом.Another object of the present invention is to provide a prefabricated part with built-in defects in the form of a gas pore, where the prefabricated part is prepared by the above-mentioned method.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде газовой поры внутри восстановленной детали и механическими характеристиками восстановленной детали.It is yet another object of the present invention to provide a method for preparing a remanufactured part with embedded pore defects so that the relationship between the pore defects within the remanufactured part and the mechanical performance of the remanufactured part can be effectively assessed.

Для решения вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры содержит:To solve the above problem, a method for preparing prefabricated defects in the form of a gas pore contains:

задание зоны дефектов,setting the defect zone,

задание объемного процента дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов,setting the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone,

регулировку доли сателлитного порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде газовой поры,adjusting the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of a gas pore,

на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойную печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта,based on the laser melting deposition method, layer-by-layer printing of the defect zone using defect preparation powder and defect preparation process parameters,

где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 106 мкм, доля сателлитного порошка составляет 55-65% и доля пустотелого порошка составляет 2,9-3,1%,where the particle size of the defect preparation powder is from 45 µm to 106 µm, the proportion of satellite powder is 55-65% and the proportion of hollow powder is 2.9-3.1%,

параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 600 Вт - 1000 Вт, скорость сканирования 400 мм/мин - 800 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин - 20 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 1 мм и толщину слоя 0,15 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 600 W - 1000 W, scanning speed 400 mm/min - 800 mm/min, powder feed rate 12 g/min - 20 g/min, spot diameter 1 mm - 2 mm, scanning step 0 .5 mm - 1 mm and layer thickness 0.15 mm - 0.2 mm.

В одном или более вариантах осуществления, управление параметрами процесса подготовки дефекта содержит:In one or more embodiments, controlling the parameters of the defect preparation process comprises:

управление объемным процентом дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования, control of the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone by adjusting the ratio of laser power P to scanning speed v,

где объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов возрастает за счет уменьшения отношения P/v.where the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone increases due to a decrease in the P/v ratio.

В одном или более вариантах осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации газа.In one or more embodiments, the defect preparation powder is prepared by a gas atomization method.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, на основе метода осаждения лазерным плавлением, содержит:To solve another problem mentioned above, a method for preparing a prefabricated part with built-in defects in the form of a gas pore, based on the laser melting deposition method, contains:

получение 3D модели заранее изготовленной детали,obtaining a 3D model of a pre-fabricated part,

разделение 3D модели на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования,dividing the 3D model into at least one defect zone and one formation zone,

послойную печать заранее изготовленной детали, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,layer-by-layer printing of a pre-fabricated part, where defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers relative to the defect area,

В одном или более вариантах осуществления, 3D модель разделяется на множество зон дефектов и зону формирования, где доля сателлитного порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта устанавливаются отдельно для каждой зоны дефектов.In one or more embodiments, the 3D model is divided into a plurality of defect zones and a forming zone, where the satellite powder fraction, hollow powder fraction, and defect preparation process parameters are set separately for each defect zone.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises:

обработку 3D моделей зоны дефектов и зоны формирования, где обработка модели содержит: processing of 3D models of the defect zone and formation zone, where the model processing contains:

обработку добавления допуска, processing of adding a tolerance,

обработку разделения слоев и резания и layer separation and cutting processing and

обработку планирования путей.path planning processing.

термообработку отпечатанной заранее изготовленной детали,heat treatment of the printed pre-fabricated part,

удаление отпечатанной заранее изготовленной детали с подложек иremoving the printed prefabricated part from the substrates and

поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали.surface treatment of a printed prefabricated part.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде газовой поры подготавливается вышеупомянутым способом.To solve another problem mentioned above, a prefabricated part with built-in defects in the form of a gas pore is prepared in the above-mentioned manner.

Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, на основе метода осаждения лазерным плавлением, причем восстановленная деталь содержит тело детали и зону восстановления, причем зона восстановления используется для восстановления дефекта или повреждения тела детали, причем способ содержит: To solve another aforementioned problem, a method of preparing a restored part with built-in defects in the form of a gas pore, based on a laser melting deposition method, wherein the restored part comprises a part body and a restoration zone, wherein the restoration zone is used to repair the defect or damage to the part body, wherein the method comprises :

получение 3D модели тела детали и зоны восстановления соответственно,obtaining a 3D model of the part body and restoration zone, respectively,

получение тела детали,receiving the body of the part,

разделение 3D модели зоны восстановления на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования,dividing the 3D model of the restoration zone into at least one defect zone and one formation zone,

послойную печать зоны восстановления на дефекте тела детали, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,layer-by-layer printing of a restoration zone on a defect in the body of a part, where defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers relative to the defect zone,

где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 106 мкм доля сателлитного порошка составляет 55-65% и доля пустотелого порошка составляет 2,9-3,1%,where the particle size of the defect preparation powder is from 45 microns to 106 microns, the proportion of satellite powder is 55-65% and the proportion of hollow powder is 2.9-3.1%,

В одном или более вариантах осуществления, дефект тела детали включает в себя дефекты литья, дефекты механической обработки или эксплуатационные дефекты, и способ дополнительно содержит:In one or more embodiments, the part body defect includes casting defects, machining defects, or performance defects, and the method further comprises:

прорезание законченной детали для получения тела детали.cutting through a finished part to produce the body of the part.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a remanufactured part with embedded gas pore defects further comprises:

термообработку отпечатанной заранее изготовленной детали и heat treating the printed prefabricated part and

Преимущества изобретения состоят в том, что: достигается имитация дефектов в виде газовой поры внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры, что позволяет получить восстановленную деталь с естественно генерируемыми дефектами в виде газовой поры, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде газовой поры и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.The advantages of the invention are that: an imitation of defects in the form of a gas pore is achieved inside a restored part with built-in defects in the form of a gas pore, which makes it possible to obtain a restored part with naturally generated defects in the form of a gas pore in order to further analyze the relationship between built-in defects in the form of a gas pore pores and reliability of the remanufactured part prepared by additive manufacturing, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing forming, which has a broad prospect of research and application.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Конкретные особенности и осуществление настоящего изобретения дополнительно описаны в нижеследующих вариантах осуществления и чертежах.Specific features and implementation of the present invention are further described in the following embodiments and drawings.

Фиг.1 - схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры в одном варианте осуществления.1 is a schematic view of a prefabricated part with built-in gas pore defects in one embodiment.

Фиг.2 - схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a prefabricated part including a defect area and a forming area.

Фиг.3 - блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.FIG. 3 is a flowchart of a method for preparing the prefabricated part shown in FIG. 1.

Фиг.4 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде газовой поры на заранее изготовленной детали, подготовленной в одном варианте осуществления.FIG. 4 is a polished metallographic morphology of gas pore defects on a prefabricated part prepared in one embodiment.

Фиг.5 - схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры в другом варианте осуществления.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a defect area of a restored part with built-in gas pore defects in another embodiment.

Фиг.6 - схематический вид поперечного сечения зоны восстановленияFigure 6 is a schematic cross-sectional view of the recovery zone

фиг.7 - блок-схема операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.FIG. 7 is a flowchart of the method for preparing the remanufactured part shown in FIG. 5.

Фиг.8 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде газовой поры на заранее изготовленной детали, подготовленной в другом варианте осуществления.FIG. 8 is a polished metallographic morphology of a gas pore defect on a prefabricated part prepared in another embodiment.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ниже раскрыты разнообразные варианты осуществления для реализации данного технического решения. Для упрощения раскрытия, ниже описаны конкретные примеры каждого элемента и компоновки. Конечно, эти варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не призваны ограничивать объем защиты настоящей заявки. Например, первая особенность, описанная ниже в описании изобретения, формируется над или на второй особенности, и возможен вариант осуществления, в котором первая и вторая особенности формируются прямым соединением, или возможен вариант осуществления, в котором между первой и второй особенностями формируются дополнительные особенности, из-за чего первая и вторая особенности могут не соединяться напрямую. Кроме того, ссылочные позиции и/или буквы могут повторяться в различных вариантах осуществления изобретения. Повторяющиеся ссылочные позиции и/или буквы служат для краткости и ясности и не указывают взаимосвязь между различными рассматриваемыми вариантами осуществления и/или структурами. Дополнительно, когда первый элемент описан как соединенный или объединенный со вторым элементом, описание содержит вариант осуществления, в котором первый и второй элементы напрямую соединены или объединены друг с другом, и также содержит использование одного или более других промежуточных элементов, подлежащих добавлению, поэтому первый и второй элементы соединены или объединены друг с другом опосредованно. Various embodiments for implementing this technical solution are disclosed below. To simplify the disclosure, specific examples of each element and arrangement are described below. Of course, these embodiments are illustrative only and are not intended to limit the scope of the present application. For example, the first feature described below in the specification is formed above or on the second feature, and an embodiment is possible in which the first and second features are formed by direct connection, or an embodiment is possible in which additional features are formed between the first and second features, from -why the first and second features may not be directly connected. In addition, reference numerals and/or letters may be repeated in various embodiments of the invention. Repeated reference numerals and/or letters are for brevity and clarity and do not indicate the relationship between the various embodiments and/or structures contemplated. Additionally, when the first element is described as being connected or combined with a second element, the description includes an embodiment in which the first and second elements are directly connected or combined with each other, and also includes the use of one or more other intermediate elements to be added, therefore the first and the second elements are connected or combined with each other indirectly.

Следует отметить, что слова "вверх", "вниз", "левый", "правый", "передний", "задний", "верхний", "нижний", "положительный", "отрицательный", "по часовой стрелке" и "против часовой стрелки" в нижеследующем описании используются только по соображениям удобства, и не предполагают никакого конкретного фиксированного направления. Фактически, они используются для выражения относительной позиции и/или ориентации между различными деталями объекта.It should be noted that the words "up", "down", "left", "right", "front", "rear", "top", "bottom", "positive", "negative", "clockwise" and "counterclockwise" in the following description are used for convenience only, and do not imply any particular fixed direction. In fact, they are used to express the relative position and/or orientation between different parts of an object.

Следует отметить, что эти и другие последующие чертежи служат только примерам, они не выполнены в масштабе и не должны рассматриваться как ограничивающие объем защиты, фактически требуемый настоящим изобретением. Кроме того, способы, адаптированные к различным вариантам осуществления, могут надлежащим образом объединяться.It should be noted that these and other subsequent drawings are for exemplary purposes only and are not to scale and should not be construed as limiting the scope of protection actually required by the present invention. Moreover, methods adapted to different embodiments can be suitably combined.

Один аспект изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры. Подготовка дефектов в виде газовой поры достигается следующими этапами.One aspect of the invention is to provide a method for preparing prefabricated gas pore defects. The preparation of defects in the form of a gas pore is achieved in the following steps.

Прежде всего задавая зону дефектов, следует понимать, что зона дефектов, упомянутая в этом изобретении, означает зону, где дефекты в виде газовой поры будут заранее изготовлены, которая может быть участком детали, подлежащим печати, например, частичной зоной на поверхности детали или частичной зоной внутри детали, или полной деталью, благодаря чему полная деталь рассматривается как зона дефектов.First of all, when specifying the defect zone, it should be understood that the defect zone mentioned in this invention means the zone where defects in the form of a gas pore will be prefabricated, which may be a portion of the part to be printed, for example, a partial zone on the surface of the part or a partial zone inside the part, or the complete part, whereby the complete part is considered as a defect zone.

Затем, задание объемного процента дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов, и регулировка доли сателлитного порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде газовой поры.Then, setting the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone, and adjusting the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of a gas pore.

Затем, на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойная печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что порошок подготовки дефекта, упомянутый в этом изобретении, означает конкретный порошок, используемый для печати зоны дефектов и параметры процесса подготовки дефекта означают параметры печати, используемые для печати зоны дефектов. В частности, тип, химический состав и физические свойства порошка подготовки дефекта могут быть такими же или другими, чем для порошка, используемого для нормальной печати зоны формирования, и процесс подготовки порошка может быть таким же или другим, то есть для зоны дефектов и зоны формирования может использоваться один и тот же порошок при условии, что процесс подготовки отличается. Порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта подробно описаны ниже.Then, based on the laser melting deposition method, layer-by-layer printing of the defect area using the defect preparation powder and defect preparation process parameters. It should be understood that the defect preparation powder referred to in this invention means the specific powder used to print the defect area, and the defect preparation process parameters mean the printing parameters used to print the defect area. In particular, the type, chemical composition and physical properties of the defect preparation powder may be the same or different than for the powder used for normal printing of the formation zone, and the powder preparation process may be the same or different, that is, for the defect zone and the formation zone the same powder can be used provided that the preparation process is different. The defect preparation powder and defect preparation process parameters are described in detail below.

Размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм и 106 мкм, причем доля сателлитного порошка составляет 55-65% и доля пустотелого порошка составляет 2,9-3,1%. Следует отметить, что размер частицы, упомянутый в этом изобретении, означает размер частиц порошка, причем размер частицы сферического порошка обычно выражается ее диаметром. Для частицы неправильной формы, диаметр сферической частицы, которая ведет себя так же, как частица неправильной формы, можно рассматривать как эквивалентный диаметр этой частицы. Распределение размера частицы порошка может измеряться способом сухого просеивания или влажным способом с помощью лазерного анализатора размера частицы. Доля сателлитного порошка означает отношение количества сателлитного порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта, причем сателлитный порошок образован двумя или более сферическими частицами порошка, связанными друг с другом, с выступающей структурой на поверхности и грубой сферической формой. Материалы частиц порошка, используемые для аддитивного производства имеют различные формы, например, сферический порошок со сферической формой и гладкой поверхностью, или порошок другой неправильной формы, например, порошок в форме полоски, стержня, листа и т.д. Доля пустотелого порошка означает отношение количества пустотелого порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта, эти порошки, используемые как порошковые материалы для аддитивного производства с порами внутри, и пустотелая форма именуется как пустотелый порошок. Следует понимать, что соотношение сферического порошка с порошком подготовки дефекта зависит от внешнего контура частиц порошка, тогда как соотношение пустотелого порошка с порошком подготовки дефекта зависит от того, имеют ли частицы порошка поры внутри и пребывают в пустотелой форме. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации газа, расплавленный металл на сопле распыляется сверхзвуковой струей газа, атомизируется на мельчайшие капли и охлаждается для получения микроскопических частиц порошка, что облегает получение конкретного соотношения сателлитного порошка и пустотелого порошка. The particle size of the defect preparation powder ranges from 45 µm and 106 µm, with the proportion of satellite powder being 55-65% and the proportion of hollow powder being 2.9-3.1%. It should be noted that the particle size referred to in this invention means the particle size of the powder, and the particle size of a spherical powder is usually expressed by its diameter. For an irregularly shaped particle, the diameter of a spherical particle that behaves the same as an irregularly shaped particle can be thought of as the equivalent diameter of that particle. The particle size distribution of a powder can be measured by a dry sieving method or a wet method using a laser particle size analyzer. The satellite powder ratio means the ratio of the amount of satellite powder to the total amount of defect preparation powder, where the satellite powder is formed by two or more spherical powder particles bonded to each other, with a protruding structure on the surface and a rough spherical shape. The powder particle materials used for additive manufacturing come in various shapes, such as spherical powder with a spherical shape and smooth surface, or other irregularly shaped powder, such as strip, rod, sheet, etc. The proportion of hollow powder means the ratio of the amount of hollow powder to the total amount of defect preparation powder, these powders used as powder materials for additive manufacturing with pores inside, and the hollow form is referred to as hollow powder. It should be understood that the ratio of spherical powder to defect preparation powder depends on the outer contour of the powder particles, while the ratio of hollow powder to defect preparation powder depends on whether the powder particles have pores inside and are in a hollow form. In one embodiment, the defect preparation powder is prepared by a gas atomization method, the molten metal at the nozzle is atomized by a supersonic gas jet, atomized into tiny droplets and cooled to obtain microscopic powder particles, which facilitates the production of a specific ratio of satellite powder and hollow powder.

Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 600 Вт - 1000 Вт, скорость сканирования 400 мм/мин - 800 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин - 20g/мин, диаметр пятна 1 мм -2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 1 мм и толщину слоя 0,15 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 600 W - 1000 W, scanning speed 400 mm/min - 800 mm/min, powder feed rate 12 g/min - 20g/min, spot diameter 1 mm -2 mm, scanning step 0, 5 mm - 1 mm and layer thickness 0.15 mm - 0.2 mm.

Объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов управляется путем регулировки доли сателлитного порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов, упомянутой в этом изобретении, означает отношение суммарного объема дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов к объему зоны дефектов.The volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone is controlled by adjusting the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process. It should be understood that the volume percentage of gas pore defects in the defect zone mentioned in this invention means the ratio of the total volume of gas pore defects in the defect zone to the volume of the defect zone.

В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости сканирования, где объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов возрастает за счет уменьшения отношения мощности лазера к скорости сканирования. Когда отношение мощности лазера к скорости сканирования меньше 2,5, объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов будет превышать 0,01%. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде газовой поры подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде газовой поры подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде газовой поры каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, что позволяет получить некоторую долю дефектов в виде газовой поры путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.Specifically, in one embodiment, the volume percentage of gas pore defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of laser power to scan speed, where the volume percentage of gas pore defects in the defect zone is increased by decreasing the ratio of laser power to scan speed. When the ratio of laser power to scanning speed is less than 2.5, the volume percentage of gas pore defects in the defect area will exceed 0.01%. In another embodiment, the method for adjusting the parameters of the defect preparation process is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volumetric percentage of defects in the form of a gas pore prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of gas pore defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record changes in the percentage of defects in in the form of a gas pore each time after adjusting the parameters of the defect preparation process, which makes it possible to obtain a certain proportion of defects in the form of a gas pore by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process.

Поскольку пустотелый порошок содержит газ, газовые поры с большей вероятностью генерируются в ходе фактического процесса печати несферического порошка (например, сателлитного порошка). Снижение подвода энергии (снижение мощности лазера или повышение скорости сканирования) может предотвращать утечку газа в ходе процесса формирования, благодаря чему, регулировка доли пустотелого порошка может гарантировать, что газ будет генерироваться в ходе процесса печати, хотя регулировка мощности лазера и скорости подачи порошка может гарантировать содержание газовых пор в отпечатанной детали. Поскольку формирование дефектов в виде газовой поры в изделии аддитивного производства в значительной степени зависит от первичного порошкового материала и метода, когда первичный порошковый материал включает в себя пустотелый порошок, газ в пустотелом порошке попадет в ванну расплава с порошком в ходе фактического процесса печати, когда первичный порошковый материал включает в себя порошок с грубой поверхностью (например, сателлитный порошок), газ вероятно будет оттягиваться в ванну расплава в ходе процесса синхронной подачи порошка, в подобных случаях, если газ своевременно не отвести из ванны расплава, в ходе процесса отвердевания ванны расплава будут формироваться газовые поры. Таким образом, регулировка доли сателлитного порошка позволяет гарантировать, что газ будет генерироваться в ходе процесса печати, тогда как снижение подвода энергии (например, снижение мощности лазера или повышение скорости сканирования) может повышать скорость отвердевания ванны расплава, что не позволит своевременно газ отводить из ванны расплава, благодаря чему, регулировка мощности лазера и скорости сканирования сможет гарантировать содержание газовых пор в отпечатанной детали. Since hollow powder contains gas, gas pores are more likely to be generated during the actual printing process of non-spherical powder (such as satellite powder). Reducing the energy input (lowering the laser power or increasing the scanning speed) can prevent gas leakage during the forming process, whereby adjusting the proportion of hollow powder can ensure that gas is generated during the printing process, although adjusting the laser power and powder feeding speed can guarantee content of gas pores in the printed part. Since the formation of gas pore defects in an additive manufacturing product largely depends on the primary powder material and method, when the primary powder material includes hollow powder, the gas in the hollow powder will enter the melt pool of powder during the actual printing process when the primary powder material includes powder with a rough surface (such as satellite powder), the gas will probably be drawn into the melt pool during the powder synchronous feeding process, in such cases, if the gas is not withdrawn from the melt pool in a timely manner, during the solidification process, the melt pool will gas pores form. Thus, adjusting the satellite powder ratio ensures that gas is generated during the printing process, while reducing the energy input (for example, reducing laser power or increasing scanning speed) can increase the solidification rate of the melt pool, which will not allow the gas to escape from the pool in a timely manner. melt, due to which, adjusting the laser power and scanning speed can guarantee the content of gas pores in the printed part.

Дефекты в виде газовой поры подготовленные этим способом, естественно генерируются в ходе процесса печати, что позволяет сохранять признак непрерывности, соответствующий структуре зоны газовых пор, и конкретную долю дефектов в виде газовой поры можно получить путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта, обеспечивая основу для дополнительного рассмотрения соотношения между дефектами в виде газовой поры и влиянием на механические свойства.Gas pore defects prepared by this method are naturally generated during the printing process, which allows the continuity feature corresponding to the structure of the gas pore zone to be maintained, and the specific proportion of gas pore defects can be obtained by adjusting the parameters of the defect preparation process, providing a basis for further consideration relationships between defects in the form of a gas pore and the effect on mechanical properties.

Для дополнительного воплощения способа подготовки дефектов в виде газовой поры, первый и второй варианты осуществления показаны ниже для иллюстрации конкретного способа подготовки газовых пор.For a further embodiment of the method for preparing gas pore defects, the first and second embodiments are shown below to illustrate a specific method for preparing gas pores.

Первый вариант осуществленияFirst embodiment

Первый вариант осуществления демонстрирует способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры и заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры подготовленных с использованием этого способа.The first embodiment demonstrates a method for preparing a prefabricated part with embedded gas pore defects and a prefabricated part with embedded gas pore defects prepared using this method.

На фиг.1 показан схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры в этом варианте осуществления, на фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования, на фиг.3 показана блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.FIG. 1 shows a schematic view of a prefabricated part with built-in gas pore defects in this embodiment; FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a prefabricated part including a defect area and a formation area; FIG. 3 shows a block is a flow chart of the method for preparing the prefabricated part shown in FIG. 1.

Согласно фиг.1 и фиг.3, для подготовки заранее изготовленной детали 1, показанной на фиг.1, сначала выполняется S100: получать 3D модель заранее изготовленной детали 1, в частности, 3D модель заранее изготовленной детали 1 для аддитивного производства можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования.According to FIG. 1 and FIG. 3, to prepare the prefabricated part 1 shown in FIG. 1, S100 is first performed: obtain a 3D model of the prefabricated part 1, in particular, a 3D model of the prefabricated part 1 for additive manufacturing can be obtained by 3D scanning, etc., the 3D model can be created in 3D graphics processing software, such as UG, AUTOCAD or other modeling software.

Затем выполняется S101: разделять заранее изготовленную деталь 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования, причем зона 11 формирования, упомянутая в этом изобретении означает оставшийся участок детали за исключением зоны 10 дефектов. На фиг.1 исключительно в порядке примера показана одна зона 10 дефектов, отделенная от заранее изготовленной детали 1, следует понимать, что количество зон 10 дефектов может быть два или более. В этом варианте осуществления, оставшиеся участки заранее изготовленной детали 1 за исключением зоны 10 дефектов можно рассматривать как зону 11 формирования.Next, S101 is performed: dividing the prefabricated part 1 into a defect zone 10 and a forming zone 11, wherein the formation zone 11 referred to in this invention means the remaining portion of the part excluding the defect zone 10. While FIG. 1 shows, by way of example only, one defect zone 10 separated from the prefabricated part 1, it should be understood that the number of defect zones 10 may be two or more. In this embodiment, the remaining portions of the prefabricated part 1 except for the defect zone 10 can be considered as the formation zone 11.

Затем выполняется S102: задавать объемный процент встроенных дефектов в виде газовой поры в зоне 10 дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде газовой поры в фактической отпечатанной детали, нуждающейся в моделировании, к объему фактической отпечатанной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде газовой поры/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде газовой поры в фактической отпечатанной детали/объем фактической отпечатанной детали. Если количество зон 10 дефектов в заранее изготовленной детали 1 больше единицы, за счет разделения заранее изготовленной детали 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования на этапе S101, дефекты в заранее изготовленной детали 1 можно быстро и точно подготавливать согласно фактическому объемному проценту. Одновременно, доля сателлитного порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов в виде газовой поры.Next, S102 is executed: set the volume percentage of built-in gas pore defects in the defect area 10, wherein the volume percentage may be determined by the ratio of the volume of built-in gas pore defects in the actual printed part to be modeled to the volume of the actual printed part, that is, (volume built-in gas pore defects/volume of defect zone) * volume of defect zone/volume of prefabricated part=volume of built-in gas pore defects in the actual printed part/volume of the actual printed part. If the number of defect zones 10 in the prefabricated part 1 is greater than one, by dividing the prefabricated part 1 into a defect zone 10 and a forming zone 11 in step S101, defects in the prefabricated part 1 can be quickly and accurately prepared according to the actual volume percentage. At the same time, the satellite powder proportion, the hollow powder proportion and the defect preparation process parameters can be adjusted according to the volume percentage of gas pore defects.

Затем выполняется S104: печатать заранее изготовленную деталь 1 со встроенными дефектами в виде газовой поры послойно. На фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону 10 дефектов и зону 11 формирования, как показано на фиг.2, для каждого поперечного сечения, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне 10 дефектов, порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11 формирования.Then S104 is executed: print the prefabricated part 1 with built-in defects in the form of a gas pore layer by layer. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a prefabricated part including a defect zone 10 and a forming zone 11, as shown in FIG. 2. For each cross-section, the defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers in defect zone 10, forming powder and corresponding process parameters are used to print specific layers in the formation zone 11.

В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 106 мкм, причем доля сателлитного порошка составляет 55-65% и доля пустотелого порошка составляет 2,9-3,1%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации газа, где доля сателлитного порошка и доля пустотелого порошка в надлежащих диапазонах получить проще, по сравнению с порошком, подготовленным способом подготовки на основе вращения электрода в плазме.Specifically, the particle size of the defect preparation powder ranges from 45 µm to 106 µm, with the proportion of satellite powder being 55-65% and the proportion of hollow powder being 2.9-3.1%. In one embodiment, the defect preparation powder is prepared by a gas atomization method, where the proportion of satellite powder and the proportion of hollow powder in proper ranges is easier to obtain compared to the powder prepared by a plasma electrode rotation preparation method.

параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 600 Вт - 1000 Вт, скорость сканирования 400 мм/мин - 800 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин - 20 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 1 мм и толщину слоя 0,15 мм - 0,2 мм. Объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости подачи порошка, где объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов возрастает за счет уменьшения отношения мощности лазера к скорости подачи порошка. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде газовой поры подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде газовой поры подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде газовой поры каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, что позволяет получить некоторую долю дефектов в виде газовой поры путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.The defect preparation process parameters contain: laser power 600 W - 1000 W, scanning speed 400 mm/min - 800 mm/min, powder feed rate 12 g/min - 20 g/min, spot diameter 1 mm - 2 mm, scanning step 0 .5 mm - 1 mm and layer thickness 0.15 mm - 0.2 mm. The volume percentage of gas pore defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of laser power to powder feed rate, where the volume percentage of gas pore defects in the defect zone is increased by decreasing the ratio of laser power to powder feed rate. In another embodiment, the method for adjusting the parameters of the defect preparation process is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volumetric percentage of defects in the form of a gas pore prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of gas pore defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record changes in the percentage of defects in in the form of a gas pore each time after adjusting the parameters of the defect preparation process, which makes it possible to obtain a certain proportion of defects in the form of a gas pore by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process.

Встроенные дефекты в виде газовой поры могут естественно генерироваться в каждом слое зоны 10 дефектов, отпечатанной с использованием вышеупомянутого порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта, таким образом, осуществляя естественное формирование дефектов в виде газовой поры в заранее изготовленной детали 1. Поскольку дефекты в виде газовой поры сформированные этим способом, имеют особенность фактического процесса отвердевания металла, признак непрерывности, соответствующий структуре зоны газовых пор может сохраняться в дефектах в виде газовой поры. При этом, местоположение зоны, где дефекты в виде газовой поры генерируются может управляться путем разделения зоны дефектов и зоны формирования, по сравнению с уровнем техники, этот способ может обеспечивать газовые поры, генерируемые за счет более точной имитации процесса отвердевания за счет осаждения лазерным плавлением, без ущерба для структуры и характеристики изделия.Built-in gas pore defects can be naturally generated in each layer of the defect zone 10 printed using the above-mentioned defect preparation powder and defect preparation process parameters, thereby realizing the natural formation of gas pore defects in the prefabricated part 1. Since the defects in the form of gas pores formed by this method have a feature of the actual process of metal solidification; a sign of continuity corresponding to the structure of the gas pore zone can be preserved in defects in the form of a gas pore. Moreover, the location of the zone where defects in the form of a gas pore are generated can be controlled by separating the defect zone and the formation zone, compared with the prior art, this method can provide gas pores generated by more accurately simulating the solidification process due to laser melting deposition, without compromising the structure and characteristics of the product.

Заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде газовой поры подготовленными этим способом, имеет преимущество для анализа истинного соответствия между дефектами в виде газовой поры создаваемыми посредством аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением и сигналами неразрушающего испытания. Совместно с результатами испытания характеристики продукта, соотношение между дефектами в виде газовой поры и характеристикой продукта можно анализировать и исследовать. Дополнительно, соотношение между дефектами и надежностью продукта аддитивного производства можно анализировать, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования/восстановления металлического аддитивного производства, которое имеет хорошие перспективы исследования и применения.A prefabricated part with embedded pore defects prepared in this manner has the advantage of analyzing the true correspondence between the pore defects created by laser melt deposition additive manufacturing and non-destructive testing signals. Together with the test results, the product characteristics, the relationship between gas pore defects and product characteristics can be analyzed and investigated. Additionally, the relationship between defects and additive manufacturing product reliability can be analyzed, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing forming/remanufacturing, which has good research and application prospects.

В одном или более вариантах осуществления, может обеспечиваться множество зон 10 дефектов, поэтому 3D модель нуждается в разделении на множество зон дефектов и зону формирования на этапе S101, и доля сателлитного порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта должны задаваться отдельно для каждой зоны дефектов на этапе S102. Техническую проблему управления позицией и особенностью зоны дефектов и дефектов в заранее изготовленной детали при подготовке дефекта можно решать, устанавливая параметры для зоны дефектов. Зона дефектов предназначена для имитации дефектов и особенностей фактической детали, что позволяет управлять долей дефектов, размером дефектов и интенсивностью дефектов в различных зонах дефектов, и разбиение позволяет получать дефекты с различными особенностями в различных позициях на одной детали. Концентрация дефектов часто происходит в ходе процесса формирования или процесса подготовки деталей, поэтому подготовка единичного дефекта не может фактически показывать общую концентрацию дефектов и структурные особенности дефектов и их окружение, и не может показывать эффективно подготовленные фактические дефекты. Использование зоны дефектов для имитации генерации дефектов и их особенностей позволяет не только упрощать способ подготовки заранее изготовленных дефектов, делая его более удобным в использовании, но и повышать точность неразрушающего испытания для выявления дефектов с заранее изготовленной деталью в качестве стандартной детали, повышать точность соотношения между дефектами и характеристикой изделия, и повышать точность соотношения между дефектами и сроком службы изделия. Кроме того, при осуществлении неразрушающего испытания заранее изготовленной детали, чувствительность дефектов заранее изготовленной детали на различных глубинах необходимо испытывать в одних и тех же условиях неразрушающего испытания, разбиение дефектов допускает, что дефекты будут генерироваться на конкретных глубинах в одной заранее изготовленной детали и не будут генерироваться на другой глубине, что позволяет эффективно избегать влияния на чувствительность испытания вследствие различия в составе и однородности различных изделий, что повышает точность испытания, влияние различных особенностей дефектов на различных конструкций на результаты неразрушающего испытания можно анализировать, и влияние дефектов в различных позициях и в различных условиях окружающей среды (температура, напряжение) на характеристику заранее изготовленной детали можно анализировать. С другой стороны, при подготовке заранее изготовленной детали с указанной позицией и особенностями дефекта (например, долей, размером и интенсивностью), процесс подготовки дефекта, подлежащий использованию, определяется количеством и размером зоны дефектов. Если обеспечено множество зон дефектов, необходимо устанавливать стратегии формирования (например, количество теплоты формирующего лазера, последовательность формирования, планирование путей формирования, разделение слоев и т.д.) долей различных дефектов для каждой зоны дефектов.In one or more embodiments, a plurality of defect zones 10 may be provided, so the 3D model needs to be divided into a plurality of defect zones and a formation zone in step S101, and the satellite powder proportion, hollow powder proportion and defect preparation process parameters must be set separately for each zone defects at step S102. The technical problem of controlling the position and feature of the defect and defect zone in a prefabricated part during defect preparation can be solved by setting parameters for the defect zone. The defect zone is designed to simulate the defects and features of the actual part, which allows you to control the proportion of defects, the size of defects and the intensity of defects in different defect zones, and partitioning allows you to obtain defects with different features at different positions on the same part. Defect concentration often occurs during the forming process or part preparation process, so the preparation of a single defect cannot actually show the overall concentration of defects and the structural features of the defects and their surroundings, and cannot show the effectively prepared actual defects. Using the defect zone to simulate the generation of defects and their characteristics allows not only to simplify the method of preparing pre-fabricated defects, making it more convenient to use, but also to improve the accuracy of non-destructive testing for detecting defects with a pre-fabricated part as a standard part, to improve the accuracy of the relationship between defects and product characteristics, and improve the accuracy of the relationship between defects and product service life. In addition, when performing non-destructive testing of a prefabricated part, the sensitivity of prefabricated defects at different depths must be tested under the same non-destructive test conditions, defect partitioning allows defects to be generated at specific depths in one prefabricated part and not to be generated at a different depth, which can effectively avoid the influence on the test sensitivity due to the differences in composition and uniformity of different products, which improves the test accuracy, the influence of various characteristics of defects on different structures on the non-destructive test results can be analyzed, and the influence of defects in different positions and under different conditions environment (temperature, voltage) on the characteristics of a prefabricated part can be analyzed. On the other hand, when preparing a prefabricated part with a specified defect position and characteristics (e.g., proportion, size and intensity), the defect preparation process to be used is determined by the number and size of the defect zone. If multiple defect zones are provided, it is necessary to establish formation strategies (eg, amount of heat of the shaping laser, formation sequence, formation path planning, layer separation, etc.) of the proportions of different defects for each defect zone.

Как показано на фиг.3, в одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит, As shown in FIG. 3, in one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises,

S103: обрабатывать модели зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования отделенные от 3D модели, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска предусматривает добавление допуска печати до внешнего периферийного контура в зону 10 дефектов и зону 11 формирования соответственно, поэтому граница зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования в каждом единичном слое, причем зона 10 дефектов и зона 11 формирования могут печататься последовательно или одновременно.S103: process the models of the defect zone 10 and the formation zone 11 separated from the 3D model, where the model processing contains: tolerance adding processing, layer separation and cutting processing, and path planning processing. Specifically, the tolerance adding processing involves adding a printing tolerance to the outer peripheral contour in the defect zone 10 and the formation zone 11, respectively, so that the boundary of the defect zone 10 and the formation zone 11 can be bonded to each other by fusion, where the metallurgical bond can be achieved by the boundary of the melt pool of the two zones overlapping each other, or deposition with melting of the upper and lower layers of two zones. Layering and cutting processing consists of dividing a 3D scanned model into multiple layers by cutting, providing a basis for subsequent layer-by-layer printing. Path planning processing consists of planning a laser scanning path for each unit layer obtained after layer separation and cutting processing. Different powder feeders and laser generators can be used for the defect zone 10 and the formation zone 11 in each unit layer, and the defect zone 10 and the formation zone 11 can be printed sequentially or simultaneously.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S105: термообработка отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S105: heat treatment of the printed prefabricated part 1, in particular, may be a stress relief heat treatment or a structural adjustment solution treatment.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S106: удалять отпечатанную заранее изготовленную деталь 1 с подложек, в некоторых вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 печатается на подложках, поэтому заранее изготовленная деталь 1 нужно удалять с подложек тем или иным способом, например, резкой проволокой после печати. В других вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 не печатается на подложках, и в этом случае этап S106 не требуется.In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S106: remove the printed prefabricated part 1 from the substrates, in some embodiments, the prefabricated part 1 is printed on the substrates, so the prefabricated part 1 must be removed from the substrates in one way or another, for example, with sharp wire after printing. In other embodiments, the prefabricated part 1 is not printed on substrates, in which case step S106 is not required.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S107: поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, заранее изготовленную деталь 1 можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S107: surface treatment of the printed prefabricated part 1, in particular, the prefabricated part 1 can be polished or machined to meet a surface quality requirement of the product. .

В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования, и соответствующие параметры процесса будут генерировать меньше дефектов, например, газовых пор, или вообще не будут генерировать их. В одном варианте осуществления, порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как порошок подготовки дефекта, используемый для подготовки зоны 10 дефектов, обычно выбирается в качестве стандартного порошка, чтобы гарантировать связывание между зоной 10 дефектов и зоной 11 формирования.In one or more embodiments, the forming powder in the prior art is a metal powder prepared in a standard process and having standard chemical and physical properties, and the corresponding process parameters are those commonly used in the industry for printing the forming powder, so in advance a manufactured part prepared with forming powder and appropriate process parameters will generate fewer or no defects such as gas voids. In one embodiment, a powder material having a composition similar to or the same as the defect preparation powder used to prepare the defect zone 10 is typically selected as a standard powder to ensure bonding between the defect zone 10 and the formation zone 11.

Конкретный пример подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры способом, описанным в первом варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.1-3:A specific example of preparing a prefabricated part with built-in defects in the form of a gas pore in the manner described in the first embodiment is shown below, according to Figs. 1-3:

Порошкообразный сплав Hastelloy X выбирается в качестве порошка подготовки для зоны 11 формирования.Powdered Hastelloy X alloy is selected as the preparation powder for the forming zone 11.

Прежде всего, задавать позицию заранее изготовленной зоны газовых пор дефектов на заранее изготовленной детали 1 в качестве центра изделия, причем зона является цилиндрической зоной размером φ5 мм × 1,5 мм, и доля дефектов в виде газовой поры в цилиндрической зоне задается в пределах около 0,05%-0,2%.First of all, set the position of the prefabricated defect gas pore zone on the prefabricated part 1 as the center of the product, where the zone is a cylindrical zone of size φ5 mm × 1.5 mm, and the proportion of gas pore defects in the cylindrical zone is set to about 0 .05%-0.2%.

Затем, на основании позиции и размера встроенных дефектов в виде газовой поры, разделять зону заранее изготовленных дефектов из 3D модели изделия аддитивного производства посредством программного обеспечения моделирования UG, формируя зону 10 дефектов и зону 11 формирования внутри заранее изготовленной детали 1. Then, based on the position and size of the built-in gas pore defects, divide the prefabricated defect zone from the 3D model of the additive manufacturing product through UG modeling software, forming a defect zone 10 and a formation zone 11 inside the prefabricated part 1.

Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры и внешней зоне формирования заранее изготовленной детали 1, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе.Then carry out layer separation and cutting processing and path planning processing in the inner zone of the prefabricated defects in the form of a gas pore and the outer zone of the formation of the prefabricated part 1, where the melt pool boundary of the two zones overlaps with each other, which allows metallurgical connection at the boundary.

Затем, заполнение зоны заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав, подготовленный способом атомизации газа, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:49%, C:0,05%, Cr:21%, Co:1,6%, Mo:8,5%, W:0,55%, Fe:18%, Si:0,30%, Mn≤0,01%, P≤0,008%, S≤0,005%, O≤0,02%, N≤0,02%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 106 мкм, доля сателлитного порошка составляет около 55% и доля пустотелого порошка составляет около 1%. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 1000 Вт, скорость сканирования 400 мм/мин, скорость подачи порошка 20 г/мин, диаметр пятна 2 мм, шаг сканирования 1 мм и толщина слоя 0,2 мм, благодаря чему формируется зона заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры текущего слоя, и затем окружающая зона формирования текущего слоя изделия может формироваться с использованием другого подавателя порошка для синхронной подачи порошка с порошкообразным сплавом Hastelloy X для формирования на основе аддитивного производства и нормальных параметров процесса формирования для зоны формирования, для получения компактной сплавной структуры внешней зоны формирования без дефектов.Then, filling the area of prefabricated defects in the form of a gas pore inside the prefabricated part using an additive manufacturing method based on laser melting deposition based on synchronous powder feeding, the powder used being a high-temperature alloy powder prepared by a gas atomization method, with the following weight percentages of the main chemical elements : Ni:49%, C:0.05%, Cr:21%, Co:1.6%, Mo:8.5%, W:0.55%, Fe:18%, Si:0.30% , Mn≤0.01%, P≤0.008%, S≤0.005%, O≤0.02%, N≤0.02%, and the remainder is other trace elements with particle size: 45μm~106μm, fraction satellite powder is about 55% and the proportion of hollow powder is about 1%. Parameters of the defect preparation process: laser power 1000 W, scanning speed 400 mm/min, powder feeding speed 20 g/min, spot diameter 2 mm, scanning step 1 mm and layer thickness 0.2 mm, due to which a zone of pre-fabricated defects is formed in form of a gas pore of the current layer, and then the surrounding forming zone of the current layer of the product can be formed using another powder feeder to synchronously feed powder with Hastelloy X alloy powder for forming based on additive manufacturing and the normal forming process parameters for the forming zone, to obtain a compact alloy structure external formation zone without defects.

Затем термообработка и обработка раствором структурной регуляции осуществляются согласно требованию изделия, где используется печь вакуумной термообработки, причем скорость термообработки равна 1175°C/ч, охлаждение в печи.Then, heat treatment and structure regulation solution treatment are carried out according to the requirement of the product, where a vacuum heat treatment furnace is used, and the heat treatment speed is 1175°C/h, cooling in the furnace.

Затем удалять изделие с заранее изготовленными дефектами, подготовленными посредством аддитивного производства, с подложки посредством резки проволокой. Then remove the product with prefabricated defects prepared by additive manufacturing from the substrate by wire cutting.

Наконец, изделие, подготовленное посредством аддитивного производства, механически обрабатывается для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,8 мкм.Finally, the product prepared through additive manufacturing is mechanically processed to meet the product surface quality requirement, Ra≤0.8 μm.

После испытания, доля дефектов в виде газовой поры зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленных этим способом, составляет около 0,01% и диаметр газовой поры ＜45 мкм.After testing, the defect rate of the gas pore zone of the prefabricated defects prepared by this method is about 0.01% and the gas pore diameter is ＜45 μm.

На фиг.4 показана отполированная металлографическая морфология дефектов в виде газовой поры на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством газовых пор 12, сгенерированных естественным путем, и структура окружения множества газовых пор 12 имеет признак соответствующей непрерывности.4 shows a polished metallographic morphology of gas pore defects on a prefabricated part prepared by the above-mentioned method, wherein the prefabricated part prepared by the above-mentioned method is provided with a plurality of naturally generated gas pores 12, and the surrounding structure of the plurality of gas pores 12 has the feature appropriate continuity.

Второй вариант осуществленияSecond embodiment

Второй вариант осуществления демонстрирует способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры.The second embodiment demonstrates a method for preparing a remanufactured part with embedded gas pore defects.

На фиг.5 показан схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, восстановленная деталь 1a содержит тело 100a детали и зону 100b восстановления, причем зона 100b восстановления используется для восстановления дефекта тела 100a детали. Фиг.6 демонстрирует схематический вид поперечного сечения зоны 100b восстановления. Фиг.7 демонстрирует блок-схему операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a defect area of a remanufactured part with embedded gas pore defects in this embodiment. In this embodiment, the repaired part 1a includes a part body 100a and a restoration zone 100b, wherein the restoration zone 100b is used to repair a defect in the part body 100a. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the recovery zone 100b. FIG. 7 shows a flowchart of a method for preparing a refurbished part shown in FIG. 5.

Для подготовки восстановленной детали 1a, прежде всего выполняют S201: получать 3D модель тела 100a детали и зону 100b восстановления соответственно, причем 3D модели тела 100a детали и зону 100b восстановления для аддитивного производства можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования, и разделяться в программном обеспечении.To prepare the repaired part 1a, first perform S201: obtain a 3D model of the part body 100a and the restoration zone 100b, respectively, and the 3D models of the part body 100a and the restoration zone 100b for additive manufacturing can be obtained by 3D scanning, etc., the 3D model can be created in 3D graphics processing software, such as UG, AUTOCAD or other modeling software, and separated within the software.

Затем выполняется S203: получать тело 100a детали, в частности, согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5, дефекты тела 100a детали могут быть дефектами литья, дефектами механической обработки или эксплуатационными дефектами, например, трещинами, выбоинами и т.д., и зона 100b восстановления является деталью восстановления, обеспеченной в соответствии с выбоинами. Таким образом, способ подготовки, показанный на фиг.7, дополнительно содержит этапы: S200, получать законченную деталь и S202: прорезать законченную деталь, для перехода к S203 для получения тела 100a детали. Законченная деталь может быть деталью, состарившейся после использования, и тело 100a детали получается прорезанием поврежденного участка на состарившейся детали. Законченная деталь также может быть получена другими средствами, например, аддитивным производством. Прорезь может иметь трапецеидальную форму, как показано на фигуре, или другую подходящую форму, например, U-образую форму или V-образную форму, причем углы наклона сторон прорези обычно меньше 60°, и края между сторонами и дном скошены. Согласно варианту осуществления, отличному от этапов, показанных на фиг.7, тело 100a детали также может быть сформировано непосредственно в процессе аддитивного производства, где дефекты, подлежащие восстановлению, будут сформированы одновременно на теле 100a детали при печати.Next, S203 is executed: obtain the part body 100a, specifically, according to the embodiment shown in FIG. 5, defects in the part body 100a may be casting defects, machining defects, or performance defects such as cracks, gouges, etc., and the restoration zone 100b is a restoration part provided in accordance with the potholes. Thus, the preparation method shown in FIG. 7 further comprises the steps of S200, obtain the finished part, and S202, cut the finished part, to proceed to S203 to obtain the part body 100a. The finished part may be a part that has aged after use, and the part body 100a is obtained by cutting out a damaged portion on the aged part. The finished part can also be produced by other means, such as additive manufacturing. The slot may have a trapezoidal shape, as shown in the figure, or another suitable shape, such as a U-shape or a V-shape, the angles of the sides of the slot being typically less than 60°, and the edges between the sides and the bottom being chamfered. According to an embodiment different from the steps shown in FIG. 7, the part body 100a can also be formed directly in the additive manufacturing process, where defects to be repaired will be formed simultaneously on the part body 100a when printed.

Затем, как показано на фиг.6, разделять 3D модель зоны восстановления на по меньшей мере одну зону 10a дефектов и одну зону 11a формирования.Then, as shown in FIG. 6, divide the 3D model of the restoration zone into at least one defect zone 10a and one formation zone 11a.

Затем выполняется S204, задавать объемный процент встроенных дефектов в виде газовой поры в зоне 10a дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде газовой поры в фактической восстановленной детали, которую нужно моделировать, к объему фактической восстановленной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде газовой поры/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде газовой поры в фактической восстановленной детали/объем фактической восстановленной детали. доля сателлитного порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов в виде газовой поры.Next, S204 is executed to set the volume percentage of built-in gas pore defects in the defect area 10a, wherein the volume percentage may be determined by the ratio of the volume of built-in gas pore defects in the actual repaired part to be modeled to the volume of the actual repaired part, that is, (volume built-in defects in the form of a gas pore/volume of the defect zone) * volume of the defect zone/volume of a prefabricated part = volume of built-in defects in the form of a gas pore in the actual restored part/volume of the actual restored part. The satellite powder proportion, hollow powder proportion and defect preparation process parameters can be adjusted according to the volume percentage of gas pore defects.

Затем выполняется S206: печать зону 100b восстановления послойно на дефекте тела 100a детали, где для слоев относительно зоны 10a дефектов, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне дефектов, и порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11a формирования. В одном варианте осуществления, допуск печати нуждается в добавлении во внешний периферийный контур зоны 100b восстановления до печати, для достижения сильной металлургической связи между зоной 100b восстановления и телом детали.S206 is then performed: printing the restoration zone 100b layer by layer on the defect of the part body 100a, where for layers relative to the defect zone 10a, defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers in the defect zone, and forming powder and corresponding process parameters are used to printing specific layers in the formation zone 11a. In one embodiment, the printing tolerance needs to be added to the outer peripheral contour of the recovery zone 100b prior to printing, in order to achieve a strong metallurgical bond between the recovery zone 100b and the body of the part.

В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 106 мкм, где доля сателлитного порошка составляет 55-65% и доля пустотелого порошка составляет 2,9-3,1%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации газа, где доля сателлитного порошка и доля пустотелого порошка в надлежащих диапазонах получить проще, по сравнению с порошком, подготовленным способом подготовки на основе вращения электрода в плазме.Specifically, the particle size of the defect preparation powder ranges from 45 μm to 106 μm, where the proportion of satellite powder is 55-65% and the proportion of hollow powder is 2.9-3.1%. In one embodiment, the defect preparation powder is prepared by a gas atomization method, where the proportion of satellite powder and the proportion of hollow powder in proper ranges is easier to obtain compared to the powder prepared by a plasma electrode rotation preparation method.

Объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости подачи порошка, где объемный процент дефектов в виде газовой поры в зоне дефектов возрастает за счет уменьшения отношения мощности лазера к скорости сканирования. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде газовой поры подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде газовой поры подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде газовой поры каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, что позволяет получить некоторую долю дефектов в виде газовой поры путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.The volume percentage of gas pore defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of laser power to powder feeding speed, where the volume percentage of gas pore defects in the defect zone is increased by decreasing the ratio of laser power to scanning speed. In another embodiment, the method for adjusting the parameters of the defect preparation process is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volumetric percentage of defects in the form of a gas pore prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of gas pore defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record changes in the percentage of defects in in the form of a gas pore each time after adjusting the parameters of the defect preparation process, which makes it possible to obtain a certain proportion of defects in the form of a gas pore by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S205: обрабатывать модели зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования, отделенных от 3D модели зоны 100b восстановления, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска служит для добавления допуска печати во внешний периферийный контур для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования соответственно, поэтому граница зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования в каждом единичном слое, причем зона 10a дефектов и зона 11a формирования могут печататься последовательно или одновременно.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S205: processing a model of the defect zone 10a and the formation zone 11a separated from a 3D model of the restoration zone 100b, wherein the model processing comprises: a tolerance adding processing, layer separation and cutting processing and path planning processing. Specifically, the tolerance adding processing serves to add a printing tolerance to the outer peripheral contour for the defect zone 10a and the formation zone 11a, respectively, so that the boundary of the defect zone 10a and the formation zone 11a can be bonded to each other by fusion, where the metallurgical bond can be achieved by the melt pool boundary two zones overlapping each other, or deposition with melting of the upper and lower layers of the two zones. Layering and cutting processing consists of dividing a 3D scanned model into multiple layers by cutting, providing a basis for subsequent layer-by-layer printing. Path planning processing consists of planning a laser scanning path for each unit layer obtained after layer separation and cutting processing. Different powder feeders and laser generators can be used for the defect zone 10a and the formation zone 11a in each unit layer, and the defect zone 10a and the formation zone 11a can be printed sequentially or simultaneously.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S207: термообработка отпечатанной восстановленной детали 1a, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S207: heat treatment of the printed repair part 1a may particularly be a stress relief heat treatment or a structural adjustment solution treatment.

В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры дополнительно содержит S208: поверхностную обработку отпечатанной восстановленной детали, в частности, восстановленную деталь 1a можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with built-in gas pore defects further comprises S208: surface treatment of the printed refurbished part, in particular, the refurbished part 1a can be polished or machined to meet a surface quality requirement of the product.

В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования, и соответствующие параметры процесса будут генерировать меньше дефектов, например, газовых пор, или вообще не будут генерировать их. В одном варианте осуществления, в качестве стандартного порошка обычно выбирается порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как у порошка подготовки дефекта, используемого для подготовки зоны 10a дефектов, чтобы гарантировать связывание между зоной 10a дефектов и зоной 11a формирования. С другой стороны, порошковый материал аналогичного или идентичного состава используется для зоны 100b восстановления и тела 100a детали, поэтому зона 100b восстановления и тело 100a детали будут иметь лучшую комбинацию, например, в одном варианте осуществления, для подготовки зоны 11a формирования используется порошкообразный сплав Hastelloy X или порошкообразный сплав GH3536, состав которого аналогичен составу порошка подготовки дефекта в вышеприведенном варианте осуществления.In one or more embodiments, the forming powder in the prior art is a metal powder prepared in a standard process and having standard chemical and physical properties, and the corresponding process parameters are those commonly used in the industry for printing the forming powder, so in advance a manufactured part prepared with forming powder and appropriate process parameters will generate fewer or no defects such as gas voids. In one embodiment, the standard powder is typically selected to be a powder material having a composition similar to or the same as the defect preparation powder used to prepare the defect zone 10a to ensure bonding between the defect zone 10a and the formation zone 11a. On the other hand, a powder material of similar or identical composition is used for the restoration zone 100b and the part body 100a, so the restoration zone 100b and the part body 100a will have a better combination, for example, in one embodiment, powdered Hastelloy X alloy is used to prepare the forming zone 11a or GH3536 alloy powder, the composition of which is similar to that of the defect preparation powder in the above embodiment.

Конкретный пример подготовки восстановленной детали 1a со встроенными дефектами в виде газовой поры способом, описанным во втором варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.5-7:A specific example of preparing a restored part 1a with built-in defects in the form of a gas pore in the manner described in the second embodiment is shown below, according to Figs. 5-7:

Порошкообразный сплав GH3536 того же состава, что и кузнечное изделие GH3536, выбирается в качестве порошка подготовки для зоны 11a формирования.Powdered GH3536 alloy of the same composition as forging product GH3536 is selected as the preparation powder for forming zone 11a.

Прежде всего, прорезать поврежденный участок, где выемка находится на кузнечном изделии GH3536, путем механической обработки, причем форма прорези показана на фиг.5, которая является трапецеидальной прорезью размером 7 мм верхней линии, 3 мм нижней линии, 2 мм в глубину, получая тело 100a детали.First of all, cut the damaged area where the notch is on the forging product GH3536 by machining, the shape of the slot is shown in Fig. 5, which is a trapezoidal slot of 7mm top line, 3mm bottom line, 2mm deep, obtaining the body 100a details.

Затем, получать 3D модель зоны 100b восстановления путем 3D сканирования прорезанной зоны.Then, obtain a 3D model of the restoration zone 100b by 3D scanning the cut zone.

Затем, устанавливать вертикальное расстояние между верхней поверхностью зоны газовых пор 10a дефектов и поверхностью тела 100a детали кузнечного изделия GH3536 равным 2 мм, и устанавливать долю дефектов в виде газовой поры зоны заранее изготовленных 10a дефектов в пределах около 0,45%-0,55%.Then, set the vertical distance between the upper surface of the defect gas pore zone 10a and the surface of the body 100a of the forging product GH3536 to 2 mm, and set the gas pore defect rate of the prefabricated defect zone 10a to about 0.45%-0.55% .

Затем, на основании позиции и доли заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры, разделять 3D модель трапецеидальной прорези на нижнюю зону 10a дефектов и верхнюю зону 11a формирования программного обеспечения моделирования CAD.Then, based on the position and proportion of the prefabricated gas pore defects, divide the 3D model of the trapezoidal slot into a lower defect zone 10a and an upper defect zone 11a by CAD modeling software.

Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры и внешней зоне формирования восстановленной детали 1a, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе. Допуск печати величиной около половины диаметра пятна добавляется к наклонным сторонам трапецеидальной прорези, чтобы стороны трапецеидальной прорези и тело детали могли перекрываться и были сильно связаны друг с другом, что позволяет затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей на 3D модели нижней зоны заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры и верхней зоны формирования.Then, carry out layer separation and cutting processing and path planning processing in the inner zone of the prefabricated gas pore defects and the outer zone of forming the restored part 1a, where the melt pool boundary of the two zones overlaps with each other, which allows metallurgical bonding at the boundary to be achieved. A printing tolerance of about half the spot diameter is added to the inclined sides of the trapezoidal slot so that the sides of the trapezoidal slot and the body of the part can overlap and be strongly coupled to each other, which then allows layer separation and cutting processing and path planning processing to be carried out on the 3D model of the bottom zone in advance manufactured defects in the form of a gas pore and the upper formation zone.

Затем, заполнение зоны заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав GH3536, подготовленный способом атомизации газа, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:46%, C: 0,055%, Cr: 22%, Co: 2,0%, Mo: 9,5%, W: 0,7%, Fe: 19,0%, Si: 0,35%, Mn≤0,01%, P≤0,008%, S≤0,005%, O≤0,02%, N≤0,02%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 106 мкм, доля сателлитного порошка составляет около 65% и доля пустотелого порошка составляет около 3%. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 600 Вт, скорость сканирования 800 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм, шаг сканирования 0,5 мм и толщину слоя 0,15 мм. Зона заранее изготовленных дефектов в виде газовой поры 11a формируется путем заполнения, и затем верхняя прорезь заполняется для получения компактной сплавной структуры без дефекта с использованием соответствующих параметров процесса формирования высокотемпературного сплава. Then, filling the area of prefabricated defects in the form of a gas pore inside the prefabricated part by additive manufacturing method based on laser melting deposition based on synchronous powder feeding, and the powder used is a powdered high-temperature alloy GH3536 prepared by a gas atomization method, with the following weight percentages of the main chemical elements: Ni:46%, C: 0.055%, Cr: 22%, Co: 2.0%, Mo: 9.5%, W: 0.7%, Fe: 19.0%, Si: 0.35 %, Mn≤0.01%, P≤0.008%, S≤0.005%, O≤0.02%, N≤0.02%, and the remainder is other trace elements with particle size: 45μm~106μm, The proportion of satellite powder is about 65% and the proportion of hollow powder is about 3%. The defect preparation process parameters were: laser power 600 W, scanning speed 800 mm/min, powder feed rate 12 g/min, spot diameter 1 mm, scanning step 0.5 mm and layer thickness 0.15 mm. A prefabricated defect area in the form of a gas pore 11a is formed by filling, and then the upper slot is filled to obtain a defect-free compact alloy structure using appropriate high-temperature alloy forming process parameters.

Затем осуществляется термообработка вакуумного снятия напряжений со скоростью термообработки 650°C/4ч, охлаждение в печи.Then heat treatment of vacuum stress relief is carried out at a heat treatment speed of 650°C/4h, cooling in a furnace.

Наконец, поверхность зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленной посредством аддитивного производства, полируется для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,6 мкм.Finally, the surface of the prefabricated defect area prepared by additive manufacturing is polished to meet the product surface quality requirement, Ra≤0.6 μm.

После испытания, пористость зоны заранее изготовленных дефектов восстановленной детали на кузнечном изделии GH3536, подготовленном способом осаждения лазерным плавлением, составляет около 0,54% и диаметр газовой поры ＜50 мкм.After testing, the porosity of the prefabricated defect area of the remanufactured part on the forging product GH3536 prepared by laser melting deposition method is about 0.54% and the gas pore diameter is ＜50 μm.

Фиг.8 демонстрирует отполированную металлографическую морфологию дефектов в виде газовой поры на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством газовых пор 12a сгенерированных естественным путем, и структура множества газовых пор 12a имеет признак непрерывности. Поскольку отношение мощности лазера к скорости подачи порошка во втором варианте осуществления меньше, чем в первом варианте осуществления, на фиг.8 показано больше дефектов в виде газовой поры, чем на фиг.4.FIG. 8 shows a polished metallographic morphology of gas pore defects on a prefabricated part prepared by the above-mentioned method, wherein the prefabricated part prepared by the above-mentioned method is provided with a plurality of naturally generated gas pores 12a, and the structure of the plurality of gas pores 12a has a continuous feature. Since the ratio of laser power to powder feed rate in the second embodiment is smaller than that in the first embodiment, more gas pore defects are shown in FIG. 8 than in FIG. 4.

Имитация дефектов в виде газовой поры внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде газовой поры достигается согласно вышеупомянутому варианту осуществления, поэтому восстановленная деталь с дефектами в виде газовой поры генерируемый естественно можно получить, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде газовой поры и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.Simulation of gas pore defects inside the remanufactured part with built-in gas pore defects is achieved according to the above embodiment, so the remanufactured part with built-in gas pore defects can be naturally generated to further analyze the relationship between the built-in gas pore defects and the reliability of the rebuilt parts prepared through additive manufacturing, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing forming, which has a broad research and application perspective.

Хотя выше раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, они не призваны ограничивать настоящее изобретение. Специалист в данной области техники может предложить любые изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, любые модификации, эквивалентные изменения и украшения вышеописанных вариантов осуществления, не выходящие за рамки технического решения настоящего изобретения на основании технической сущности настоящего изобретения, заключены в объеме защиты, заданном формулой изобретения.Although preferred embodiments of the present invention are disclosed above, they are not intended to limit the present invention. One skilled in the art may suggest any changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Thus, any modifications, equivalent changes and embellishments to the above-described embodiments that do not go beyond the scope of the technical solution of the present invention based on the technical essence of the present invention are within the scope of protection specified by the claims.

Claims

1. A method for preparing prefabricated defects in the form of a gas pore during the additive manufacturing of metal parts, characterized in that it contains stages in which:

define the defect zone,

set the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone,

regulate the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of a gas pore,

based on the laser melting deposition method, the defect zone is printed layer by layer using the defect preparation powder and defect preparation process parameters,

wherein the particle size of the defect preparation powder is from 45 to 106 microns, the proportion of satellite powder is 55-65% and the proportion of hollow powder is 2.9-3.1%,

Moreover, the parameters of the defect preparation process contain: laser power 600-1000 W, scanning speed 400-800 mm/min, powder supply speed 12-20 g/min, spot diameter 1-2 mm, scanning step 0.5-1 mm and thickness layer 0.15-0.2 mm.

2. The method according to claim 1, in which managing the parameters of the defect preparation process comprises a stage at which:

control the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone by adjusting the ratio of laser power P to scanning speed v,

Moreover, the volume percentage of defects in the form of a gas pore in the defect zone increases due to a decrease in the P/v ratio.

3. The method according to claim 1, in which the defect preparation powder is prepared by gas atomization method.

4. A method for preparing a prefabricated part with built-in defects in the form of a gas pore based on the laser melting deposition method in the additive manufacturing of metal parts, containing the steps of:

receive a 3D model of a pre-fabricated part,

divide the 3D model into at least one defect zone and one formation zone,

a prefabricated part is printed layer by layer, wherein the defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers relative to the defect area,

5. The method according to claim 4, in which the 3D model is divided into a plurality of defect zones and a formation zone, and the proportion of satellite powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process are set separately for each defect zone.

6. The method according to claim 4, in which managing the parameters of the defect preparation process comprises a stage at which:

7. The method according to claim 4, in which the defect preparation powder is prepared by gas atomization method.

8. The method according to claim 4, further comprising the step of:

3D models of the defect zone and the formation zone are processed, where the model processing contains:

processing of adding a tolerance,

layer separation and cutting processing and

path planning processing.

9. The method according to claim 4, further comprising the steps of:

thermally treat the printed pre-fabricated part,

remove the printed prefabricated part from the substrates and

treating the surface of the printed prefabricated part.

10. A pre-fabricated part with built-in defects in the form of a gas pore, characterized in that the pre-fabricated part is prepared by the method according to any of claims 4-9.

11. A method for preparing a restored part with built-in defects in the form of a gas pore based on the laser melting deposition method in the additive manufacturing of metal parts, wherein the restored part contains a part body and a restoration zone, and the restoration zone is used to restore a defect or damage to the part body, wherein the method differs in that it contains stages in which:

get a 3D model of the part body and restoration zone, respectively,

receive the body parts,

divide the 3D model of the restoration zone into at least one defect zone and one formation zone,

printing the restoration zone on the defect of the body of the part layer by layer, and the defect preparation powder and the parameters of the defect preparation process are used to print specific layers relative to the defect zone,

12. The method according to claim 11, in which managing the parameters of the defect preparation process comprises a stage at which:

13. The method according to claim 11, in which the defect preparation powder is prepared by a gas atomization method.

14. The method of claim 11, wherein the part body defect includes casting defects, machining defects or performance defects, and the method further comprises the step of:

cutting through the finished part to obtain the body of the part.

15. The method according to claim 11, further comprising the step of:

processing of adding a tolerance,

layer separation and cutting processing and

path planning processing.

16. The method according to claim 11, further comprising the steps of:

thermally treating the printed prefabricated part and

treating the surface of the printed prefabricated part.