[发明专利]一种用于零件或模具的增量制造方法

说明书

技术领域

本发明属于零件或模具的无模增量制造方法，特别涉及一种用于零件或模具的增量制造方法。

背景技术

业已提出的金属零件的直接增量制造方法(亦称3D打印、增量制造、快速成形)主要有基于激光束、电子束、等离子束的成形方法。

选择性激光烧结SLS(Selective Laser Sintering)方法适于成形多孔质小型复杂原型，但要使其致密还需后续浸渗低熔点金属及热等静压。改良了的选择性激光熔化SLM(Selective Laser Melting)方法，虽提高了成形密度，但往往仍需后续热等静压才能达到致密化，从而增加了制造难度、时间和成本，且SLS和SLM二者皆因采用层层铺粉的方式而难以制造功能梯度材料(FGM)零件。

高致密金属零件或模具的无模熔积成形方法主要有大功率激光熔积成形、电子束自由成形以及等离子熔积成形的方法。大功率激光熔积成形方法是采用大功率激光，逐层将送到基板上的金属粉末熔化，并快速凝固熔积成形，最终得到近终成形件；该方法成形精度较高，工件的密度远高于选择性激光烧结件，但成形效率、能量和材料的利用率不高、不易达到满密度、设备投资和运行成本高，见A.J.Pinkkerton,L.Li,Effects of Geometry and Composition in Coaxial Laser Deposition of 316L Steel for Rapid Protyping,Annals of the CIRP,Vol.52,1(2003),p181-184。电子束自由成形方法采用大功率电子束熔化粉末材料，根据计算机模型施加电磁场，控制电子束的运动，逐层扫描直至整个零件成形完成；该方法成形精度较高、成形质量较好，然而其工艺条件要求严格，整个成形过程需在真空中进行，致使成形尺寸受到限制，设备投资和运行成本很高；且因采用与选择性烧结相同的层层铺粉方式，难以用于FGM零件的成形，见Matz J.E.,Eagar T.W.Carbide formation in Alloy 718during electron-beam solid freeform fabrication.Metallurgical and Materials Transactions A:Physical Metallurgy and Materials Science,2002,v33(8):p2559-2567。等离子熔积成形方法是采用高度压缩、集束性好的等离子束熔化同步供给的金属粉末或丝材，在基板上逐层熔积成形金属零件或模具的方法，比大功率激光成形法的效率、能量和材料利用率高，易于获得满密度，设备和运行成本远低于前两者，但因弧柱直径较前两者大，成形精度不及前两者，故与大功率激光熔积成形方法相似，大都要在成形完后进行精整加工，见Haiou Zhang,Jipeng Xu,Guilan Wang,Fundamental Study on Plasma Deposition Manufacturing，Surface and Coating Technology,v.171(1-3),2003,pp.112～118；以及张海鸥,吴红军,王桂兰,陈竞，等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究，华中科技大学学报(自然科学版)，v 33,n 11,2005,p 54-56。然而，直接成形的难加工材料零件因急冷凝固使表面硬度增大，导致加工非常困难；形状复杂的零件还需多次装夹，致使加工时间长，有时甚至要占整个制造周期的60％以上，成为高性能难加工零件低成本短流程生长制造的瓶颈。为此，出现了等离子熔积成形与铣削加工复合无模快速制造方法，即以等离子束为成形热源，在分层或分段熔积成形过程中，依次交叉进行熔积成形与数控铣削精加工，以实现短流程、低成本的直接精确制造，见ZL00131288.X，直接快速制造模具与零件的方法及其装置；以及张海鸥,熊新红,王桂兰,等离子熔积/铣削复合直接制造高温合金双螺旋整体叶轮，中国机械工程，2007，Vol18，No.14:P1723～1725。