[发明专利]一种大功率激光选区熔化3D打印高铁制动盘的方法

说明书

一种大功率激光选区熔化3D打印高铁制动盘的方法，包括以下步骤：(1)制动盘模型导入3D打印软件中，设置制动盘模型倾斜；(2)通过软件在制动盘模型和基板模型之间添加支撑模型，支撑模型分为圆柱形支撑模型、方块形支撑模型和薄壁形支撑模型；(3)设定圆柱形支撑、上薄壁、下薄壁、外薄壁、内薄壁、第一中薄壁和第二中薄壁的尺寸；(4)对制动盘模型和全部支撑模型进行切片；(5)型导到快速成型制造系统，进行激光选区熔化成形，(6)实体取出后退火处理，切割并打磨。本发明的方法解决了制动盘悬空结构的成形以及成形过程中零件变形开裂的问题，显著提高了零件成形效率，解决了高铁制动盘零件在后续加工过程中易出现的变形开裂问题。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种大功率激光选区熔化3D打印高铁制动盘的方法。

背景技术

高铁制动盘是保障高速列车可靠运行的关键零部件，其内部存在复杂加强筋和散热筋结构；传统制造方法包括铸造、热处理、精密机械加工等，存在着生产周期长、工序复杂等问题，同时核心技术被国外垄断并形成了相关技术保护；激光选区熔化3D打印作为激光增材制造技术之一，由于采用铺粉方式，在制造具有复杂孔腔结构的零件方面具有独特优势，目前已经成为国内外重点发展的新型产业化技术；因此，如何利用激光选区熔化技术制造具有自主知识产权的高铁制动盘具有重大的科学研究与实际的应用价值。

在激光选区熔化3D打印制造高铁制动盘时，要解决的两个关键技术问题是制造过程的“控性”和“控形”问题；针对“控性”问题，在前期研究中，采用VIGA技术自主制备了球形度高，卫星球颗粒少，粒径分布均匀的24CrNiMoRE合金钢粉末；并以该粉末为原料，基于激光选区熔化技术批量制备了块状试样，系统的表征了试样的微观组织和拉伸力学性能，发现合金钢微观组织主要以贝氏体为主，抗拉强度达到1000MPa级别，断后延伸率接近17%，验证了制备的合金钢粉末具有良好的可打印性，并且力学性能基本满足了高铁制动盘零件的指标要求，有潜力应用到激光选区熔化制造高铁制动盘上来。

然而针对“控形”问题，激光选区熔化成形小尺寸块状样品和制造大尺寸制动盘零件则存在较大差异；这主要是因为高铁制动盘属于异形结构零件，零件中存在较多复杂散热筋和悬空结构，为了防止成形过程中出现的粉末塌陷和零件变形开裂问题，有必要在模型处理时对制动盘模型放置角度和附加支撑结构进行创新设计；另外，基于大功率激光器，为了实现在高的制造效率下同时具有良好的成形质量，有必要进一步研究大功率激光选区熔化的工艺参数；同时，由于激光快热快冷的特性，制造过程必然伴随着巨大的热应力和组织应力存在。在激光3D打印结束之后，有必要提出一种后处理方法来减小零件的残余应力，解决高铁制动盘零件在后续加工处理过程中出现的变形开裂问题，使最终制造的高铁制动盘零件形状尺寸等符合技术要求。

发明内容

针对激光选区熔化3D打印技术制造大尺寸高铁制动盘复杂构件的“控形”问题，本发明提供一种大功率激光选区熔化3D打印高铁制动盘的方法，具体包括对制动盘模型创新设计，以及激光选区熔化3D打印24CrNiMoRE合金钢工艺和后处理；通过将制动盘模型旋转倾斜一定角度，解决添加支撑的问题；通过对添加支撑类型和结构的设计优化，解决制动盘悬空结构的成形以及控制整个零件变形开裂的问题；通过大功率激光选区熔化工艺参数的研究，在保证良好成形质量的前提下大幅度提高制造效率；通过后处理工艺，消除成形后制动盘零件的残余应力，解决高铁制动盘零件在后续加工过程中出现的变形开裂问题。

本发明的方法包括以下步骤：