[发明专利]3D打印缺陷修复方法

说明书

本申请是关于一种3D打印缺陷修复方法。该方法包括：对成型缸中的打印制品进行缺陷检测，确定需要进行修复的缺陷类型和缺陷区域；对缺陷区域的周围粉末进行吸取、收集和保存；将电磁线圈环绕在成型缸上，根据成型缸中剩余粉末的情况、成型缸的情况以及电磁线圈的情况调整通过电磁线圈的电流强度，得到适合的磁场来固定剩余粉末；对机加工模块和成型缸的相对位置进行调整；采用机加工模块及激光对不同类型的缺陷进行修复。本申请方案使得成型缸中的金属粉体在电磁场的作用下维持自身形貌，在成型缸旋转尤其是大角度旋转调整方位时，避免粉末从粉体上掉落、塌陷或倾撒对缺陷区域产生干扰，有效提高缺陷尤其是大角度缺陷的修复质量和效率。

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印缺陷修复方法。

背景技术

选择性激光熔融(Selective laser melting，SLM)技术是指通过激光束对选定区域的金属粉末进行熔融，再经过冷却结晶成形的一种增材制造技术。该技术具有制备复杂结构、点阵结构和拓扑结构零件的一体化成形能力，而且与其他3D打印技术相比较，具有加工精度高、可加工材料广泛、成型性能好等优点。因此，SLM技术在航空航天、医疗器械、轨道交通和模具等具有复杂结构和微细结构要求的行业中具有重大需求。然而，受限于当前用于SLM技术中的粉末原料材料、连续激光的发展现状以及工艺参数的不合理等，该技术所制备的打印制品和理想的精密结构件还存在一定差距。

产生差距的原因主要有四点，一是打印过程中可能会产生气孔、夹渣等缺陷；二是打印过程中不可避免存在内应力的累积，内应力会造成构件变形，更有甚者当内应力超过材料弹性迹象时将导致开裂；三是打印制品的表面质量由于金属粉末粒径和激光直径等原因而无法达到设计要求；四是由于打印过程热积累效应的影响，打印制品的尺寸精度随体积和打印时间的增加而变差，进而难以实现对尺寸精度的控制。

针对以上前两个问题，传统的解决方案是对打印制品进行后续的无损检测，进而迭代优化工艺参数，引入热等静压等工序，以便获得更高质量的打印件。而对于表面质量和精度不足这一问题，通常采用机加工、打磨抛光、等后处理。然而，这些解决方式不仅增加了时间和耗材成本，降低了生产效率且对于缺陷严重的构件并未进行修补或提供反悔路径，缺乏对生产过程的智能闭环控制，距离一次性高品质成形制造尚有较大距离。

为了解决这些问题，行业内提出了打印制品缺陷在线检测修复的概念：

在公布号为CN111036911A的专利(一种基于在线监测的金属增材制造构件孔隙缺陷清除方法)中，提出了一种针对大尺寸孔洞缺陷的检测和修复方法，通过在线监测系统反馈内部孔洞缺陷，利用脉冲激光对打印制品表面的冲击，使缺陷暴露并采用后续定向能量沉积(Direct Energy Deposition，DED)工艺填充缺陷。

在公布号为CN110421169A的专利(一种金属增材制造过程中缺陷在线修复方法)中，提出了一种针对气孔、夹渣、裂纹等缺陷的检测和修复方法，采用探测系统对缺陷进行定位后，使用超声波辅助铣削的机加工模块对打印制品缺陷区域进行减材加工，最后对缺陷区域进行二次激光熔覆。

在公布号为CN109317672A的专利(一种基于粉末床熔融增材制造技术的增减材复合制造及尺寸在线检测装置)中，提出了一种针对尺寸偏差缺陷的检测和修复方法，通过减材加工及接触测量系统对成形体的尺寸精度进行测量，根据测定的数据和真实零件尺寸轮廓数据进行对比分析，获取零件的减材过程机加补偿值并对成形体进行减材加工。

上述技术方案存在以下缺点：

1、当对缺陷区域进行减材加工时，需要针对缺陷区域的大小和位置调整减材装置及成型缸的角度和方位，使得减材装置能够对缺陷区域进行精准加工，而在成型缸调整的过程中，缸内的金属粉体会因为受力不平衡而难以维持自身的形貌，造成粉末从粉体上掉落、塌陷或倾撒等异常情况，对缺陷区域产生干扰，进而影响缺陷修复的质量和效率；