[发明专利]一种一体化3D激光打印多组件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多组件机械零件增材制造技术领域，尤其涉及一种一体化3D激光打印多组件制备方法。

背景技术

传统的零件制造加工方法需要对原材料经过切削、锻打、弯曲等繁琐工序进行制作并组装，耗费大量的人力、物力，作业效率低，精度无法得到更好的保障。通常，数控加工机床在机械零件生产过程中所产生的工艺性损耗以及非工艺性损耗是非常严重的，而且消耗的工时直接与零件的加工复杂程度相关。同时，利用数控加工机床进行机械加工均为减材制造，所以无法实现不同组件的一体化成形制造。国内外3D打印技术日趋成熟，目前已经可以利用金属粉末通过逐层添加的方式进行加工生产，得到成形件已经投入生产，这给我们的装备制造业提供了许多的全新思路与方向。但是3D打印的产品也存在缺陷：例如使用强度上还有待提升，对于零件制造时不能多组件同时加工。因此，对于多组件的机械零件，提出一种能够实现不同组件的一体化制造的制备方法具有重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中机械零件加工方法存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种一体化3D激光打印多组件制备方法，其具有方法步骤设计合理，有效解决了多组件零件一体化设计与制造的问题，提高了生产作业效率，降低了产品加工制造的成本，同时还减少了对环境的污染等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种一体化3D激光打印多组件制备方法，其中，多组件包括至少2个部件且均适用于增材制造技术，该处理方法包括如下步骤：

1)材料准备阶段：根据多组件金属粉末种类的设计要求，将不同金属粉末按配比使用混粉机进行充分均匀混合，并将混合后的粉末放置在100-200℃的烘干箱中进行烘干1-1.5小时处理；将烘干处理后的复合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用，其中金属粉末的粒径为50-300μm；

2)3D打印阶段：在增材制造机床的成形室内，根据多组件的全部部件设计安装时的连接关系，按照“首先摆放相互套嵌的部件、再摆放三维尺寸较大的部件、最后将尺寸较小的部件摆放在剩余空间内的原则”对全部部件进行数模摆放；在摆放时选定各组件的基准面和最佳水平方向；对于相互套嵌的部件确定最小可隔离区域及最小间隔，如10-50μm；利用计算机上CAD三维制图软件分别对多组件的全部部件的STL三维模型同时进行切片分层处理，层厚为0.1-5mm；计算机控制系统控制3D打印机的喷头在X、Y、Z三轴上运动，运动轨迹与每个切片分层图形一致；计算机控制系统控制3D打印机送粉器喷头的位置和粉筒的送粉速率和送粉量、启动激光器和惰性气体保护气体供气装置，对所述的逐层切片分层进行激光熔覆沉积成形，完成所有切片分层的激光熔覆成形，形成一体化多组件成形件；

3)成形件后处理阶段：将一体化多组件成形件进行热处理、抛光和机加处理。对于上述已确定最小可隔离区域及最小间隔的相互套嵌的部件，制定其抛光和精密机加处理的工艺流程，以达到用户对零件的加工精度和表面质量的要求。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的激光熔覆时激光器采用CO₂激光器，其中该激光器的具体参数为：功率P＝1000-5000W，光斑直径D＝2-8mm，扫描速度V＝2-3m/min，搭接率为30-40％。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的金属粉末为Fe、Ni、Co、Zn、Al、Cr、Ti中的一种或者组合。

作为上述技术方案的进一步改进，上述步骤3)中的送粉采用同轴送粉或者非同轴侧向送粉方式。

作为上述技术方案的进一步改进，在上述步骤3)中，成形件后处理阶段还包括对于相互套嵌的部件设计并制造隔离支架，以期达到这类部件能够很好地进行热处理、抛光及精密机加处理；后处理完成后，需要对标准试样的承受力接触面进行应力分析，保证所有部件达到其机械性能。

与现有技术中的机械零件加工方法相比，采用本发明一种一体化3D激光打印多组件制备方法具有如下有益效果：

(1)制备方法在步骤上更简单、更合理，可靠性高，有效解决了多组机械零件一体化设计、加工、制造的问题，生产效率大大提高。

(2)在制造过程中，利用3D激光打印设备与软件控制系统相结合，成形件的精度有保证，机械性能也能得到提高。

(3)降低了企业生产成本，同时还保护环境，具有较好的推广及应用空间。

附图说明

附图1为本发明一种一体化3D激光打印多组件制备方法的简单流程示意图。

具体实施方式