[发明专利]一种金属弯管激光选区熔化成形方法

说明书

本发明提供了一种金属弯管激光选区熔化成形方法：(1)、将金属弯管三维模型导入到激光选区熔化成形模型处理软件，调整姿态和位置，使得金属弯管各段的中心线与水平面之间的夹角均保持在45°以上；(2)、增加外部辅助结构模型，为调整好姿态和位置的合金弯管三维模型提供支撑，共同构成激光选区熔化成形模型；(3)、采用激光选区熔化成形方法，对激光选区熔化成形模型进行成形处理，得到带外部辅助支撑结构的合金弯管。(4)、去除合金弯管的外部辅助支撑结构，得到合金弯管。本发明实现了管路内部无辅助支撑，避免了内部支撑无法去除的难题，保证了内部流道的表面质量，实现大尺寸弯管结构的整体、快速制造。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种金属弯管激光选区熔化成形方法，具体来说是一种大尺寸高温合金弯管结构的激光选区熔化成形工艺以及成形过程中的变形控制方法。

背景技术

航天发动机管路系统中存在大量高温合金弯管结构，目前对于大尺寸弯管结构件主要采用铸造+机械加工方法，由于其材料及结构特点，机械加工难度较大、铸造缺陷难以控制，同时存在工序繁多、材料利用率低、生产周期长等缺点，现有的制造工艺组合已难以满足航天发动机大尺寸高温合金弯管结构件的制造需求。

激光选区熔化成形(Selective Laser Melting，简称SLM)技术属于增材制造领域，采用高能激光熔化处于松散状态的粉末薄层，通过逐层铺粉、逐层熔凝堆积的方式，成形出具有一定致密度的三维零件。采用SLM技术制备航天发动机管路系统中的高温合金弯管结构，在加工效率、产品性能等方面具有显著优势，但是对于大尺寸弯管结构，SLM成形过程中经常存在以下技术问题：①弯管结构一般呈90°左右的正交构型，拐弯角度较大，摆放姿态设置不合理，将影响成形过程的稳定进行，同时导致大量的内部支撑，后续支撑的去除难度较大；②对于大尺寸弯管结构，管口部位经常呈现悬臂结构，按照传统设计辅助支撑的方法难以控制管口部位的形状尺寸，容易出现翘曲变形的现象。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大尺寸高温合金弯管结构的激光选区熔化成形方法以及变形控制技术，实现大尺寸弯管结构的整体、快速制造。

本发明的技术解决方案是：一种金属弯管激光选区熔化成形方法，该方法包括如下步骤：

(1)、将金属弯管三维模型导入到激光选区熔化成形模型处理软件，调整姿态和位置，使得金属弯管各段的中心线与水平面之间的夹角均保持在45°以上；

(2)、增加外部辅助结构模型，为调整好姿态和位置的合金弯管三维模型提供支撑，共同构成激光选区熔化成形模型；

(3)、采用激光选区熔化成形方法，对激光选区熔化成形模型进行成形处理，得到带外部辅助支撑结构的金属弯管。

(4)、去除合金弯管的外部辅助支撑结构，得到合金弯管。

所述步骤(1)和步骤(2)之间增加如下步骤：在与外部辅助结构模型相连接的金属弯管管口端面处，将金属弯管沿中心线方向延伸一段，该段作为成形加工余量；在步骤(4)再去除该成形加工余量得到合金弯管。

所述外部辅助支撑结构包括两种类型的支撑结构复合而成，分别为刚性实体支撑和网格支撑结构。

所述网格支撑结构的网格间距0.5～0.9mm，网格分区5～6mm，网格齿高0.4～0.8mm，齿顶宽0.2～0.4mm，齿底宽0.4～0.8mm。

所述合金弯管结构耐受温度超过650℃。

所述合金弯管结构的直径大于100mm。

所述金属弯管三维模型为三角面片化模型，三角面片弦高0.02～0.05mm。

所述金属为GH4169合金。