[发明专利]高通量金属增材制造工艺参数的研究方法

说明书

本发明提供了一种高通量金属增材制造工艺参数的研究方法，其包括：试件的高通量的变参数打印；对试件的高通量的组织和材料分析，得到各工艺参数与组织的对应关系；对试件的高通量的力学性能测试，建立各工艺参数条件下的力学性能；从试件的各参数下的组织分析结果、力学性能结果中，得到各工艺参数的影响规律，得到优化的参数。试件的高通量的变参数打印的具体步骤为：在待打印试件的格式文件中设定多组不同的工艺参数；在基板上按预先设定好的多组工艺参数由下至上打印试件，其中，打印的试件在高度方向上分为多个单元块，各单元块对应一组工艺参数。本发明的高通量的金属增材制造工艺参数的研究方法实现了快速优化得到最优的工艺参数的目的。

技术领域

本发明涉及增材制造和材料基因技术领域，尤其涉及一种高通量金属增材制造工艺参数的研究方法。

背景技术

增材制造，俗称3D打印，是一种新型的、颠覆性的制造方法，发展迅速，并且具有广阔的发展前景。增材制造工艺是增材制造研究的核心内容，是制约增材制造技术发展的主要问题之一。同时增材制造成本高，效率低，采用常规研究方法时，每种工艺参数都需单独打印一个试件，然后对比分析多个试件的组织与性能以获得最优工艺参数。此方法效率低，周期长，成本高。例如，选区激光熔化工艺中，需要确定的参数有激光功率、扫描速度、扫描间隔与层厚等，这些参数可有成百上千种组合，若要每组工艺参数分别打印一个试件，然后对每个试件分别测试，显然是非常耗时的。而采用数值模拟方法也存在材料本构方程和成形中内在机理不清楚和计算量大等系列问题，导致其难以用于优化增材制造工艺。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高通量金属增材制造工艺参数的研究方法，其能够高效地、全面地覆盖众多增材制造工艺参数下的增材制造质量问题，获得增材制造工艺参数与制造质量之间的关系，优化得到最优的工艺参数。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高通量金属增材制造工艺参数的研究方法，其包括：试件的高通量的变参数打印；对试件的高通量的组织和材料分析，得到各工艺参数与组织的对应关系；对试件的高通量的力学性能测试，建立各工艺参数条件下的力学性能；从试件的各参数下的组织分析结果、力学性能结果中，得到各工艺参数的影响规律，得到优化的参数。试件的高通量的变参数打印的具体步骤为：在待打印试件的格式文件中设定多组不同的工艺参数；在基板上按预先设定好的多组工艺参数的变化顺序由下至上打印试件，其中，打印的试件在高度方向上分为多个单元块，各单元块对应一组工艺参数。

在一实施例中，对试件的高通量的组织和材料分析之前，还包括：对试件的高通量的变形量分析，具体步骤为：试件打印完成后，通过三维扫描仪整体扫描基板和试件的外轮廓，将试件扫描出的外轮廓与理论尺寸进行比对，得到试件的变形信息与对应的高度和对应的参数之间的关系；将试件从基板上切割分离开；再次采用三维扫描仪扫描试件的外轮廓，将试件扫描出的外轮廓与理论尺寸进行比对，以得到应力释放后、试件的变形信息与对应的高度和对应的工艺参数之间的关系。

在一实施例中，对试件的高通量的组织和材料分析的具体步骤包括：采用X射线透射扫描试件，得到试件的高通量的内部缺陷沿高度方向的分布规律以及各层缺陷的分布规律，以得到对应的工艺参数与缺陷的关系；采用FIB三维表征分析技术对试件进行分析，得到所述试件的高通量的微观组织，以得到对应的工艺参数与微观组织的关系。

在一实施例中，对试件的高通量组织和材料分析的具体步骤还包括：利用仪器观察试件的各单元块的纵截面的微观组织，以根据高度信息对应得到参数与微观组织的关系。

在一实施例中，对试件的高通量的力学性能测试的具体步骤包括：将高通量的试件加工成微观力学性能测试试样；对测试试样进行微观加载，测得材料的力学性能，然后建立各参数条件下的力学性能。