[发明专利]一种金属增材制造成型内腔的制造方法

说明书

本发明提出一种金属增材制造成型内腔的制造方法，属于金属增材制造领域，包括以下步骤：S1，建立金属工件的三维数据模型并对工件三维模型进行外形数据处理；S2，工件数据模型的内腔部分组建成砂芯，形成三维打印模型；S3，三维打印模型通过分层软件进行分层处理和分模块处理，并将处理生成的程序导入到打印机的控制系统中；S4，根据步骤S3的程序进行逐层轮流交替打印，其中，砂芯用覆膜砂进行填充打印，金属工件部分用电弧增材焊丝进行焊接打印；S5，分离金属工件与砂芯，并对内腔部分进行表面加工处理和检测，实现解决电弧增材制造的过程中不能一次性成型具有复杂内腔的工件的问题。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，具体涉及一种金属增材制造成型内腔的制造方法。

背景技术

增材制造，俗称3D打印，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。根据用于金属沉积的能量源不同，送丝增材制造技术主要分为激光、电弧焊和电子束三种。其中，基于电弧焊的电弧增材制造技术采用逐层堆焊的方式制造致密金属实体构件，因以电弧为载能束，热输入高，成形速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成形，从而具有降低成本和较高沉积速率的优点。

但电弧增材制造过程中，金属在进过固体熔化为液态金属，金属液体在高温的状态下具有一定的流动性，而金属液在没有遇到障碍物的情况下不会形成特定的形状，如果在打印的工件中存在内腔结构，内腔部位没有支撑，这将导致电弧增材制造无法形成按照需求的尺寸和形状，从而给利用电弧增材制造带来局限性，目前针对存在内腔结构的工件，都需要通过机加工等方式去除空腔，这又大大延长了生产周期，且大幅度增大了生产成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种金属增材制造成型内腔的制造方法，实现解决电弧增材制造的过程中不能一次性成型具有复杂内腔的工件的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的一种金属增材制造成型内腔的制造方法，包括以下步骤：

S1，建立金属工件的三维数据模型并对工件三维模型进行外形数据处理；S2，工件数据模型的内腔部分组建成砂芯，形成三维打印模型；S3，三维打印模型通过分层软件进行分层处理和分模块处理，并将处理生成的程序导入到打印机的控制系统中；S4，根据步骤S3的程序进行逐层轮流交替打印，其中，砂芯用覆膜砂进行填充打印，金属工件部分用电弧增材焊丝进行焊接打印；S5，分离金属工件与砂芯，并对内腔部分进行表面加工处理和检测。

本发明优选的技术方案在于，在步骤S3中，所述分层软件将三维打印模型拆分成若干层，完成分层处理后，再将每一层中金属工件的整体设定为工件模块，每一层中砂芯的整体设定为砂芯模块，完成分模块处理。

本发明优选的技术方案在于，在步骤S4中，进行逐层轮流交替打印的步骤如下：

S41，从与基座相接触的最底层工件模块进行焊接打印；

S42，从与基座相接触的最底层砂芯模块进行填充打印；

S43，重复上述步骤S41、S42，自下而上逐层对三维打印模型进行打印，直至三维打印模型全部完成。

本发明优选的技术方案在于，在步骤S4中，填充打印包括以下步骤：

S421，砂芯模块采用覆膜砂进行填充；

S422，控制系统控制激光发射器或者加热器对覆膜砂加热至250-350℃进行凝结硬化。

本发明优选的技术方案在于，在进行逐层轮流交替打印之前，在基座上铺设一层厚度为2-3毫米的覆膜砂砂层，并进行加热凝结。

本发明优选的技术方案在于，在步骤S5中，砂芯通过敲打或者振动的方式与金属工件进行分离。