[发明专利]一种提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法

说明书

一种提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法，属于材料加工的技术领域。该提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法为：确定铝合金基板模型的形状的尺寸，并确定打印件模型形状和尺寸，建立模型；模拟不同打印参数下，铝合金基板和打印件结合部位的残余应力分布，并根据残余应力分布最小，确定最优打印方案；根据确定的最优打印方案，进行打印后，将打印后的成形件进行热处理，得到3D打印铝合金基板和打印件结合的成形件。该方法，该方法通过优化3D打印参数同时结合热处理工艺，可以降低3D打印铝合金基板和打印件结合部位的残余应力，提高3D打印铝合金基板和打印件结合部位结合强度。

技术领域

本技术发明属于材料加工的技术领域，具体涉及一种提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法。

背景技术

3D打印技术与传统成形工艺相比具有许多优势之处：在原材料上，3D打印技术可以很大程度上减少材料的浪费，这点在材料上更符合可持续性发展的战略方针；3D打印不需要铸模，采用相应粉末材料即可完成制件的打印，成形过程产生的污染小，异味小甚至没有异味，对人体健康不会产生负面影响，成形速度快，使得生产周期短，更适合大批量生产；3D打印成形的制件致密度很高，接近百分之百；可以成形复杂结构的零部件，不存在传统机械加工的死角，适用于任何形状和能够绘制出三维图的零部件，很大程度减少了后续的机械加工；3D打印工艺成形的工件力学性能好，表面粗糙度低，制造精度可以达到±20μm，可以满足零部件的各项标准；因为3D打印周期短且打印遵循三维图，所以设计空间大，修改方便。

现如今，3D打印技术已经在不同的领域得到成功的应用。而在生产制造领域金属打印的主流打印技术是：SLS选择性激光烧结3D打印技术和SLM选择性激光熔融3D打印技术，虽然SLS和SLM在打印过程上基本一致，但是因为SLS除了使用主体金属粉末外还需要添加一定比例的粘结剂，其强度低，并且因为存在致密度低的问题，所以力学性能上和成型精度上也比SLM也差一些，因此，在铝合金3D打印上，大部分采用SLM，其原理是通过将原材料粉末铺至打印平台，在采用激光进行高温熔化后进行小区域的凝固和搭接，逐层堆叠后成形最终工件。在3D打印成形的过程中，粉末材料需要粉床进行支撑，而在打印第一层时高能量热源将粉床表面熔化，因此可以通过3D打印技术进行损伤件的修复和在大部件上增材小构件。

铝合金具有密度小、强度高、耐蚀性好、加工性能好等优点，易于实现轨道交通、航空航天领域的轻量化、整体化、复杂化以及精密化。铝合金结构件的传统制造工艺多为铸造工艺，难以满足精密铝合金结构件以及复杂结构铝合金结构件的制备要求。对于铝合金结构件，特别是一些在普通铝合金基板上进行异形打印件的加工，或者对于铝合金基板进行修复时，能够利用3D打印技术实现，但是因为铝合金基板表层熔化厚度较薄且在冷却过程中，容易在基板和打印件结合部位产生较大残余应力，影响打印件和铝合金基板的结合强度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法，该方法通过优化3D打印参数同时结合热处理工艺，可以降低3D打印铝合金基板和打印件结合部位的残余应力，提高3D打印铝合金基板和打印件结合部位结合强度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种提高3D打印铝合金基板和打印件结合强度的方法，包括以下步骤：

步骤1：确定铝合金基板模型的形状的尺寸，并确定打印件模型形状和尺寸，建立模型；

步骤2：模拟不同打印参数下，铝合金基板和打印件结合部位的残余应力分布，并根据残余应力分布最小，确定最优打印方案；

步骤3：根据确定的最优打印方案，进行打印，得到打印后的成形件；

步骤4：对打印后的成形件进行热处理，得到3D打印铝合金基板和打印件结合的成形件。