一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，该方法包括刀具选型模块、打印模型结构布置模块、参数设置模块和3D打印机，刀具选型模块用于3D打印刀具，选择铝合金打印刮粉刀，由2条K型胶条夹着一把高速刨刀，K型胶条为一根具两个30度拔模凸台的胶条，复合刮粉刀设置有防后落粉薄片，其中打印模型结构布置模块的布置打印的零件和参数设置模块在分层软件中进行3D打印机器参数设置，在刀具选型模块、打印模型结构布置模块和参数设置模块设置完成后采用3D打印机进行打印。本发明专利技术能实现壁厚小于30mm、高度小于300mm的AlSi10Mg铝合金零件激光3D打印工艺，成功用于AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印。激光3D打印。

【技术实现步骤摘要】
一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法。

技术介绍

[0002]金属激光3D打印是粉末床熔融。使用激光，逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工至物件完成。粉末床熔融系统有热源和粉末分布控制机制。
[0003]在金属激光3D打印过程中，可能会出现大量设备操作者试图避免的问题，包括孔隙、残余应力、翘曲、裂纹、局部隆起等。
[0004](一)金属激光3D打印常见缺陷
[0005]1.孔隙
[0006]零件激光3D打印过程中，内部非常小的孔穴会形成孔隙，这可由金属激光3D打印工艺本身或者粉末引起。这些微孔会降低零件的整体密度，导致裂纹和疲劳问题的出现。
[0007]在雾化制粉过程中，气泡可能在粉末的内部形成，它将转移到最终的零件中。更常见的是，金属激光3D打印过程本身会产生小孔。比如当激光功率过低，会导致金属粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现金属飞溅的现象，融化的金属飞出熔池进入到周围区域。
[0008]当粉末的尺寸大于层厚，或者激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。熔化的金属没有完全流到相应的区域也会造成小孔出现。
[0009]为了解决这些问题，在金属激光3D打印工艺中，可以通过调整光斑形状来减少粉末飞溅，例如“脉冲整形”可以实现区域逐渐融化。
[0010]2.残余应力
[0011]在金属激光3D打印中，残余应力由冷热变化、膨胀收缩过程引起。当残余应力超过材料或者基板的拉伸强度，将有缺陷产生，如零件有裂纹或者基板翘曲。
[0012]残余应力在零件和基板的连接处最为集中，零件中心位置有较大压应力，边缘处有较大拉应力。
[0013]可以通过添加支撑结构来降低残余应力，因为它们比单独的基板温度更高。一旦零件从基板上取下来，残余应力会被释放，但这个过程中零件可能会变形。
[0014]为了降低残余应力，必须控制温度起伏，可采取减小扫描矢量长度的方式代替连续激光扫描。选用支撑把零件牢固连接在平台上，并使用体支撑来快速导热。
[0015]3.裂纹
[0016]除了零件内部孔隙会产生裂纹外，熔融金属凝固或某片区域进一步加热也会出现裂纹。如果热源功率太大，冷却过程中可能会产生应力。
[0017]分层现象有可能会出现，导致层间发生断裂。这可能是粉末熔化不充分或熔池下面若干层重熔引起的。
[0018]4.翘曲
[0019]为了确保打印任务能顺利开始，打印的第一层熔融在基板上。当打印完成后，通过
线切割加工使零件从基板上分离。然而，如果基板热应力超过了其强度，基板会发生翘曲，最终会导致零件发生翘曲，会有致使刮刀撞到零件的风险。
[0020]为了防止翘曲，需要在合适位置添加适量的支撑。
[0021]5.局部隆起
[0022]其他变形，比如弹粉、膨胀或者球化，使金属激光3D打印过程中，熔化的金属局部隆起超出了粉末的高度。
[0023](二)金属激光3D打印产生缺陷的原因
[0024]1.粉末质量问题
[0025]粉末有杂质粉，末流动性不好，粉末颗粒太大。
[0026]2.激光参数不合理
[0027]激光功率过低，会导致金属粉末没有充分熔融。当功率过高，会出现金属飞溅的现象，融化的金属飞出熔池进入到周围区域。激光搭接过于稀疏，将会出现小孔。激光扫描控制不合理，残余应力会增大。
[0028]3.刮粉方式不合理
[0029]对于刚性刮条，由于膨胀、球化、局部翘曲等原因，发生熔化的金属隆起超出了粉末的高度，使刚性刮条与打印工件碰撞、刮擦，设备产生停机故障，打印失败。
[0030]对于柔性刮条，由于柔性刮条刚性不足，在刮粉过程中，刮条会在支撑、工件的迎粉侧产生弹粉，导致熔化的金属局部隆起超出了粉末的高度，由于积累效应，多层后粉层铺粉厚度不均匀，出现打印分层和翘曲，设备产生停机故障，打印失败。
[0031](三)AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器激光3D打印现状
[0032]电力非标金具工器具由于应用场合的特殊性，一般都比较后厚，尺寸比较大，在金属粉末激光3D打印过程中，由于零件厚底过大，导致支撑断裂，引起翘曲，或者应为刮粉刀引起扬粉，导致分层及隆起。
[0033]由于AlSi10Mg铝合金粉末密度低，在打印过程中非常容易扬粉，再加上铝合金传热速度快、比热容大、热膨胀系数大，在AlSi10Mg铝合金大厚零件激光3D打印过程中，经常出现孔隙、分层、翘曲、裂纹、局部隆起缺陷，目前国内还未查询到其他成功大厚度(厚度大于20mm)、高度大于200mm的实用零件案例。

技术实现思路

[0034]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0035]本专利技术采取的技术方案为：一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，该方法为：包括刀具选型模块、打印模型结构布置模块、参数设置模块和3D打印机，刀具选型模块用于3D打印刀具，选择铝合金打印刮粉刀，铝合金打印刮粉刀具有两个30度拔模凸台的胶条刮刀和合金刨刀，合金刨刀固定连接在两个胶条刮刀中间，铝合金打印刮粉刀设置有防后落粉薄片，打印模型结构布置模块用于零件结构选择和布置打印的零件，参数设置模块包括设置模型分层参数、零件边框轨迹参数、起点重新定位参数、零件皮内轨迹参数、零件下皮轨迹参数、支撑轨迹参数、零件上皮扫描参数、零件皮内扫描参数、零件下皮扫描参数、支撑扫描参数、退火参数，其中打印模型结构布置模块的布置打印的零件和参数
设置模块在分层软件中进行3D 打印机器参数设置，在刀具选型模块、打印模型结构布置模块和参数设置模块设置完成后采用3D打印机进行打印。
[0036]打印模型结构布置模块选择的零件结构不能为封闭容器，零件筒形厚度小于30mm，零件梁厚小于30mm，零件梁长小于100mm，零件在过渡处设圆角过渡；打印模型结构布置模块布置打印的零件长边向上，零件在底板垂直投影面积最小，与底板平行零件面加锥状支撑，零件中悬空大厚梁之间块状支撑适当加厚。
[0037]设置模型分层参数方法：零件切片厚度为0.02mm，每隔2层扫描支撑。
[0038]零件边框轨迹参数设置方法为：启用扫描边框，光斑补偿为0.065mm，边框数为2，边界距离为0.04mm，设置为启用填充边框，填充边框补偿为 0.04mm，扫描顺序为Out2In。
[0039]起点重新定位参数设置方法为：设置起点重新定位参数模式为Random，起点重新定位参数设置为未启用优化。
[0040]零件皮内轨迹参数的设置方法为：设置图案填充偏移为0.09mm，填充样式类型为条纹，条纹参数为：扫描间距为0.09mm，条纹尺寸为7mm，条纹偏移量为0.04mm，图案填充排序为优化排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：该方法为：包括刀具选型模块、打印模型结构布置模块、参数设置模块和3D打印机，刀具选型模块用于3D打印刀具，选择铝合金打印刮粉刀，铝合金打印刮粉刀具有两个30度拔模凸台的胶条刮刀和合金刨刀，合金刨刀固定连接在两个胶条刮刀中间，铝合金打印刮粉刀设置有防后落粉薄片，打印模型结构布置模块用于零件结构选择和布置打印的零件，参数设置模块包括设置模型分层参数、零件边框轨迹参数、起点重新定位参数、零件皮内轨迹参数、零件下皮轨迹参数、支撑轨迹参数、零件上皮扫描参数、零件皮内扫描参数、零件下皮扫描参数、支撑扫描参数、退火参数，其中打印模型结构布置模块的布置打印的零件和参数设置模块在分层软件中进行3D打印机器参数设置，在刀具选型模块、打印模型结构布置模块和参数设置模块设置完成后采用3D打印机进行打印。2.根据权利要求1所述的一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：打印模型结构布置模块选择的零件结构不能为封闭容器，零件筒形厚度小于30mm，零件梁厚小于30mm，零件梁长小于100mm，零件在过渡处设圆角过渡；打印模型结构布置模块布置打印的零件长边向上，零件在底板垂直投影面积最小，与底板平行零件面加锥状支撑，零件中悬空大厚梁之间块状支撑适当加厚。3.根据权利要求1所述的一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：设置模型分层参数方法：零件切片厚度为0.02mm，每隔2层扫描支撑。4.根据权利要求1所述的一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：零件边框轨迹参数设置方法为：启用扫描边框，光斑补偿为0.065mm，边框数为2，边界距离为0.04mm，设置为启用填充边框，填充边框补偿为0.04mm，扫描顺序为Out2In。5.根据权利要求1所述的一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：起点重新定位参数设置方法为：设置起点重新定位参数模式为Random，起点重新定位参数设置为未启用优化。6.根据权利要求1所述的一种AlSi10Mg铝合金电力非标金具工器具激光3D打印方法，其特征在于：零件皮内轨迹参数的设置方法为：设置图案填充偏移为0.09mm，填充样式类型为条纹，条纹参数为：扫描间距为0.09mm，条纹尺寸为7mm，条纹偏移量为0.04mm，图案填充排序为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁奇，王小廷，周敏福，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：