[发明专利]一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法

摘要

本发明涉及一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法，该制备方法包括定义网状内结构的形状因子、确定网状内结构的结构参数、网状内结构的优化方法、成形件数模切片分层处理、成形件的激光增材制造、网状结构成形件无损检测、后处理获得最终成形件。该制备方法具有操作方便、性能可靠，综合成本低、成形件重量轻，表面光滑，能够满足使用要求、提高其使用寿命等优点，能够广泛被推广应用。

主权项

一种具有优化网状内结构的金属件激光增材制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：1)根据金属件内部网状结构的要求，定义其网状内结构的形状因子，其中对于实体形状因子，三维规则形状为3、二维规则形状为2、一维规则形状为1，完全无规则形状为0，对于孔洞形状因子，三维规则形状为‑3、二维规则形状为‑2、一维规则形状为‑1，完全无规则形状亦为0；2)根据金属件内部网状结构的要求，确定网状结构的结构参数，该结构参数包括：网格填充参数、单位面积上的网格线密度、单位长度上的网格线条数、金属件内部网状规则区域尺寸、规则区域边界尺寸，其中，金属件内部网状规则区域尺寸以单位面积上的格点数表示，规则区域边界尺寸以单位长度上的格点数表示；3)根据金属件内部网状结构的结构参数要求，确定优化网状内结构的方法，该方法包括空间位置填补法、轴对称填补法、旋转对称填补法、正应力方向填补法中的任一种方法；所述的实体形状因子取正数，孔洞形状因子取负数；4)在计算机上利用CAD三维制图软件对金属件的STL三维模型进行切片分层处理，将金属件内部网状结构及网状结构的结构参数输入至计算机中，层厚为0.3‑3mm；计算机控制系统控制3D打印机的喷头在X、Y、Z三轴上运动，运动轨迹与每个切片分层图形一致；在参数输入时，同时读入网格填充参数和孔洞形状因子两类数据；求出X、Y方向网格线数和孔洞线数；其中X网格线数从1到X，步长为1；X’孔洞线数从1到X’，步长为1；Y方向的网格线与X方向同样处理，Y’方向的孔洞线与X’方向同样处理，完成第一层扫描得到轮廓线之后，再对第一层的填充线进行扫描；直到完成所有切片分层的扫描；5)将金属粉末进行充分均匀混合，并将混合后的金属粉末放置在100‑200℃的烘干箱中进行烘干1‑1.5h处理；将烘干处理后的金属粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用；计算机控制系统控制3D打印机送粉器喷头的送粉速率和送粉量、启动激光器和惰性保护气体供气装置，对前述的切片分层进行激光选区熔化或激光选区烧结或激光熔覆沉积成形，形成具有网状内结构的金属成形件；6)对上述步骤5)中的金属成形件进行无损检测，其中该无损检测的方法包括：扫描路径下成形材料熔化与凝固时的物理性状观察；扫描过程中温度场和残余应力场的三维分析与显示；金属粉末熔化与凝固过程仿真，以及预测成形件的机械性能；成形件机械性能综合检测，同时与仿真结果进行对比；7)完成上述步骤6)后，对金属成形件进行后处理得到最终金属成形件，根据金属件设计要求，该后处理包括内部的微结构精细清理、内部的微结构进行化学热处理、物理热处理和喷砂处理四种处理方式中的一种或者组合；其中，在内部的微结构进行化学热处理时，将金属成形件置于pH＝6.1‑6.9的酸性环境中进行加热，加热温度为200‑400℃，加热时间为1‑2h，使得内部微结构的孔洞表面形成的薄氧化膜去除，厚度为2‑3μm；在进行物理热处理时，将金属成形件置于真空环境中加热，加热温度为500‑650℃，加热时间为2‑4h；在进行喷砂处理时，使金属成形件的精度和表面粗糙度达到设计要求。