一种高效低成本金属构件的增材制造方法技术

本发明专利技术提供了一种高效低成本金属构件的增材制造方法，属于金属增材制造技术领域。本发明专利技术提供的高效低成本金属构件的增材制造方法包括如下步骤：导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置；所述参数设置包括设置模型的结构和增材制造的3D打印参数；所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s，激光扫描间距为0.07～0.09mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；根据所述的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。本发明专利技术的方法制备的薄壁空腔构件与实心金属构件性能相当，且重量减少了40％以上，成形速率提高了125％以上。率提高了125％以上。率提高了125％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种高效低成本金属构件的增材制造方法


[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，尤其涉及一种高效低成本金属构件的增材制造方法。

技术介绍

[0002]金属增材制造是目前前沿和具有潜力的增材制造技术之一，也是先进制造技术的重要发展方向。金属增材制造技术是以高能束流(激光束/电子束/电弧等)作为热源，通过熔化粉材或丝材实现金属构件逐层堆积成形。在航空航天、汽车、能源，到民用的消费品、文化创意产品、建筑等各个行业均已经应用了金属增材制造的金属构件。
[0003]但是目前增材制造过程中，金属原料使用量大，构件重量高，而且为保证粉层充分熔化而使增材制造的耗时较长，因而导致金属增材制造的效率低且成本高。而如果依靠提高堆积速率来提高增材制造的效率，又会严重影响金属构件的性能。
[0004]因此，亟需提供一种高效低成本金属构件的增材制造方法，使其在增材制造金属构件具有高效率、低成本的同时，还可保证金属构件的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高效低成本金属构件的增材制造方法，本专利技术提供的高效低成本金属构件的增材制造方法不仅效率高、成本低，制备而成的金属构件具有良好的力学性能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种高效低成本金属构件的增材制造方法，包括如下步骤：
[0008](1)导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置；所述参数设置包括设置模型的结构和设置增材制造的3D打印参数；所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s，激光扫描间距为0.07～0.09mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；
[0009](2)根据所述步骤(1)的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。
[0010]优选地，所述步骤(1)中薄壁空腔结构的壁厚为0.02～0.06mm。
[0011]优选地，所述步骤(2)中的增材制造包括逐层进行的依次铺设金属粉和3D打印成形。
[0012]优选地，所述逐层铺设金属粉包括同时逐层铺设薄壁部位的金属粉和空腔部位的金属粉；所述3D打印成形时，对薄壁部位的金属粉进行热源熔化，空腔部位的金属粉不进行热源熔化。
[0013]优选地，所述金属粉的粒径D50为30～40μm。
[0014]优选地，所述步骤(2)中的后处理包括热等静压处理。
[0015]优选地，所述热等静压处理的温度为850～950℃，所述热等静压的压力为80～120MPa，所述热等静压的保温时间为1.5～2.5h。
[0016]优选地，所述热等静压的升温速率为10～14℃/min。
[0017]优选地，所述热等静压的冷却方式为空冷至室温。
[0018]优选地，所述步骤(2)中的金属构件的材质包括钛合金、不锈钢或镍基合金。
[0019]本专利技术提供了一种高效低成本金属构件的增材制造方法，包括如下步骤：导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置；所述参数设置包括设置模型的结构和增材制造的3D打印参数；所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s，激光扫描间距为0.07～0.09mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；根据所述的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。本专利技术通过将金属构件的模型通过拓扑优化，实现内部薄壁空腔结构，可以减少实体部分的打印，不仅可以节省金属粉原料，而且还节省了打印时间，从而提高了增材制造的效率并降低了成本；同时，本专利技术通过设置3D打印的参数，更有利于增材制造时金属粉的逐层堆积，并保证金属构件在形成空腔时仍能够具有良好的力学性能；并且，本专利技术通过在增材制造完成后的后处理，能够进一步保证成形的金属构件具有良好的力学性能。实验结果表明，本专利技术提供的高效低成本金属构件的增材制造方法相较于传统增材制造而成的实心金属构件，能够减少40％以上的重量，且成形速率能够提高125％以上，同时薄壁空腔结构的金属构件的抗压强度和压缩率并未明显降低，仍能够达到较优良的力学性能。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1提供的增材制造方法设置的薄壁空腔结构模型的局部图；
[0021]图2为本专利技术实施例1提供的增材制造方法制备的薄壁空腔结构金属构件的实物图。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种高效低成本金属构件的增材制造方法，包括如下步骤：
[0023](1)导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置；所述参数设置包括设置模型的结构和设置增材制造的3D打印参数；所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s，激光扫描间距为0.07～0.09mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；
[0024](2)根据所述步骤(1)的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。
[0025]本专利技术导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置。
[0026]在本专利技术中，所述参数设置包括设置模型的结构和设置增材制造的3D打印参数。
[0027]在本专利技术中，所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述薄壁空腔结构的壁厚优选为0.02～0.06mm，更优选为0.03～0.05mm，最优选为0.04mm。本专利技术通过控制薄壁空腔结构的壁厚在上述范围内，更有利于增材制造时金属粉的逐层堆积，并保证金属构件在没有空腔部位时仍能够具有良好的力学性能。
[0028]在本专利技术中，所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s、激光扫描间距为0.07～0.09mm；优选为：激光功率为170～180W，激光扫描速率为1050～1200mm/s，激光扫描间距为0.075～0.085mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；更优选为：激光功率为175W，激光扫描速率为1100～1150mm/s，激光扫描间距为0.08mm，每层
粉层的厚度为0.03～0.04mm。本专利技术通过设置3D打印参数在上述范围内更有利于薄壁金属构件成形并获得优良的力学性能。
[0029]参数设置完成后，本专利技术根据所述的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。
[0030]在本专利技术中，所述增材制造优选包括逐层进行的依次铺设金属粉和3D打印成形。
[0031]在本专利技术中，所述逐层铺设金属粉优选包括同时逐层铺设薄壁部位的金属粉和空腔部位的金属粉；所述3D打印成形时，优选对薄壁部位的金属粉进行热源熔化，空腔部位的金属粉不进行热源熔化。本专利技术通过在逐层铺设金属粉时同时铺设薄壁部位的金属粉和空腔部位的金属粉，使薄壁部分依靠空腔部分的粉堆积，更有利于精确打印壁厚较薄的薄壁空腔结构的金属构件，使金属构件在薄壁空腔结构下具有更优良的成形质量和力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效低成本金属构件的增材制造方法，包括如下步骤：(1)导入金属构件的模型后进行增材制造的参数设置；所述参数设置包括设置模型的结构和设置增材制造的3D打印参数；所述模型的结构为薄壁空腔结构；所述3D打印参数包括：激光功率为165～185W，激光扫描速率为1000～1250mm/s，激光扫描间距为0.07～0.09mm，每层粉层的厚度为0.02～0.05mm；(2)根据所述步骤(1)的参数设置依次进行增材制造和后处理，得到金属构件。2.如权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中薄壁空腔结构的壁厚为0.02～0.06mm。3.如权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中的增材制造包括逐层进行的依次铺设金属粉和3D打印成形。4.如权利要求3所述的增材制造方法，其特征在于，所述逐层铺设金属粉包括同时逐层铺设薄壁部位的金属粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恺，杨义，黄磊，
申请(专利权)人：上海祉元社企业管理合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：