一种3D增材制造工艺制造技术

本发明专利技术公开一种3D增材制造工艺，其特征在于，包括：步骤1：将材料加热至半熔融态；步骤2：挤出头贴合模具型面将所述材料挤出成条状胚料；步骤3：重复步骤2，使相邻的条状胚料相互拼接或堆叠，相邻的条状胚料之间的接合处通过熔融态或半熔融态接合获得预制件或通过搅拌摩擦焊进行焊接获得预制件，本申请适用于热塑性的非金属材料和金属材料，具有适用范围广、成本低、制造获得工件机械性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种3D增材制造工艺
本专利技术涉及一种增材制造工艺，具体涉及一种3D增材制造工艺。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)技术是一种由CAD模型直接驱动，将材料逐层或逐点堆积出实体零件的技术总称，它是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”；它也是近年来得到广泛关注的一项新兴的先进制造技术，被认为是制造
的又一次重大突破。增材制造技术能够制造出传统工艺无法加工或难以加工的几乎任意复杂结构的功能零部件，可有效节省材料、减少加工工序和制造时间。在航空类相关产品的研制、生产和使用维护方面，具有巨大的实用价值和广阔的应用前景。增材制造的理念区别于传统的“去除型”制造，与传统材料去除——切削加工技术相比，是一种“自下而上、分层制造、逐层叠加”的加法制造思想，俗称“3D打印”技术。现有的3D打印技术存在以下缺陷：机械性能差，由于3D打印的本质是区域选择熔化微铸造，整体制件基本可认为是铸造成形，内部应力复杂，组织晶体粗大不均匀，除了在高温合金中有极少部分材料牌号适合3D打印，其铸态的机械性能达到轧锻态的机械性能，铝合金、钛合金、铜合金、碳素钢、合金钢等材料的3D打印工件比相同材质的轧锻材质，机械性能相差很大；现开发出的适用于3D打印的材料仅两百余种，与传统加工方法相比，具有适应性小的缺点。打印级用的粉末原料牌号单一，供应不畅，且价格昂贵，因需求市场很小，所以供给不足，因供给不足加上生产技术难度大，比相同牌号的轧锻材料单价大幅增加，造成生产成本高。效率低下，3D打印金属材料时，每层金属材料的堆叠厚度大约0.05mm，当生产较大构件时，甚至需要几周时间，因其低效的生产效率加上高生产成本，难以广泛与以应用。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种3D增材制造工艺，具有适用范围广、成本低、制造获得工件机械性能好的优点。为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种3D增材制造工艺，包括：步骤1：将材料加热至半熔融态；步骤2：挤出头贴合模具型面将所述材料挤出成条状胚料；步骤3：重复步骤2，使相邻的条状胚料相互拼合或堆叠，相邻的条状胚料之间的接合处通过熔融态或半熔融态进行接合，获得预制件；步骤4：还可以包括将所述预制件完成焊接的表面进行轧压或锻压处理，以提高组织的致密性和更高的机械性能。优选的，还包括：预制模具，所述挤出头在挤出所述材料的同时沿所述模具型面的法向对所述条状胚料施加压力使其贴合在所述模具型面上。优选的，所述相邻的条状胚料之间的接合处通过摩擦搅拌焊进行接合。优选的，所述材料包括基材，所述基材为具有热塑性的非金属材料或金属材料的任一种。优选的，所述材料还包括混合材，将所述混合材通过机械混合添加至半熔融的基材中，所述混合材为增强相或硬质相中的一种或多种。优选的，所述混合材为纤维、晶须、粉末或颗粒形态中的一种或多种。优选的，还包括加强材，将所述半熔融态的基材挤出的同时挤出所述加强材，所述加强材具体为预应力钢丝或碳纤维中的一种或多种。优选的，所述预制件的一侧还预设有加强结构，所述加强结构具体为加强筋、肋板、加强环、装饰条中的一种或多种。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：在加工薄壁类工件或曲面类大型工件时，一次挤压即可满足预制件的加工厚度，现有的3D打印技术每次每层仅可堆叠材料厚度0.05mm，因此本申请具有加工成本低、加工效率高的优点。材料通过半熔融形态进行挤压成条状再依次堆叠成型，由于半熔融形态下的材料的分子或原子活性高，因此挤出成型中的条状胚料与相邻的条状胚料之间具有良好的接合性能，无论是相邻的条状胚料处于半凝固或凝固状态，均可以达到这一目的，辅助以对接合处进行搅拌摩擦焊，整个焊接过程中焊道温度始终未超过母材熔点，焊道部分仅发生塑性变形，与3D打印技术的粉末堆料和激光焊接相比，具有金属组织相态好，同时获得相当于轧锻状态的机械性能。与现有技术相比，本申请可用于各类具有热塑性的非金属材料和金属材料，具有适应性广的优点，不仅适用于小批量的工件生产，同时适用于中大批量的生产需求。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。一种3D增材制造工艺，包括：预制模具，所述模具具体为具有型面上半模或下半模中的任一，并通过计算机模拟出挤出头的挤出加工路径；步骤1：将材料加热至半熔融态；步骤2：挤出头贴合模具型面将所述材料挤出成条状胚料，所述挤出头在挤出所述材料的同时沿所述模具型面的法向对所述条状胚料施加压力使其贴合在所述模具型面上；步骤3：重复步骤2，使相邻的条状胚料相互拼接或堆叠，相邻的条状胚料之间的接合处通过熔融态或半熔融态进行结合，获得预制件；步骤4：当预制件需要更高的表面加工精度、更高的粗糙度或需要提高组织的致密性和更高的机械性能时，将所述预制件完成焊接的表面进行轧压或锻压处理。其中，由于后挤压成型的条状胚料仍处于半熔融态，半熔融形态下的材料的固相组分活性高，因此后挤出成型中的条状胚料与相邻的条状胚料之间具有良好的接合性能，无论是先挤出的相邻条状胚料处于半凝固或凝固状态，均可以达到这一目的。进一步的，辅助以对接合处进行搅拌摩擦焊，整个焊接过程中焊道温度始终未超过母材熔点，摩擦搅拌焊只需70％的母材熔点温度；焊道部分仅发生塑形变形，与3D打印技术的熔敷堆积生长相比，具有金属组织形态好，同时获得相当于轧锻态的机械性能。其中，所述材料包括基材，所述基材为具有热塑性的非金属材料或金属材料的任一种。将基材加热至半熔融态具体是指，将基材加热，当材料处于半熔融下，其固相率低于一定值时，能够容易地混入其它材料的粉末或纤维。因此，更进一步的，为了获得更好的金相组织及机械性能，所述材料还可包括混合材，所述混合材为基材的增强相或硬质相中的一种或多种，将所述混合材通过机械混合添加至半熔融的基材中，通过挤出头挤出堆叠成型。所述混合材为纤维、晶须、粉末或颗粒形态中的一种或多种。本申请中的增强相主要形态为纤维、晶须或颗粒，由于晶须不含有通常材料中存在的晶界、位错或空穴缺陷，其原子排列高度有序，因而其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率；颗粒与晶须相比具有成本低的优点。本申请中的硬质相主要形态为粉末或颗粒，通过机械混合的方法添加硬质相，使基材获得更高的机械力学性能。另外，还可通过挤压同时向基材中添加加强材，将所述半熔融态的基材挤出的同时挤出所述加强材，所述加强材优选为预应力钢丝或碳纤维中的一种或多种，通过同时挤出，使加强材均匀且同向分布在基材中，使预制件获得更好的强度或改善脆性材料的应力性能。所述预制件的一侧还预设有加强结构，所述加强结构具体为加强筋、肋板、加强环、装饰条中的一种或多种。在加工薄壁类工件或曲面类大型工件时，一次挤压即可满足预制件的加工厚度，现有的3D打印技术每次每层仅可堆叠材料厚度0.05mm，因此本申请具有加工成本低、加工效率高的优点。与现有技术相比，本申请可用于各类具有热塑性的非金属材料和金属材料，具有适应性广的优点，不仅适用于小批量的工件生产，同时适用于中大批量的生产需求；特别适用于如铝合金、钛合金等铸造性能和焊接性能差的材料通过实施例对本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D增材制造工艺，其特征在于，包括：步骤1：将材料加热至半熔融态；步骤2：挤出头贴合模具型面将所述材料挤出成条状胚料；步骤3：重复步骤2，使相邻的条状胚料相互拼接或堆叠，相邻的条状胚料之间的接合处通过熔融态或半熔融态进行接合，获得预制件。

【技术特征摘要】
1.一种3D增材制造工艺，其特征在于，包括：步骤1：将材料加热至半熔融态；步骤2：挤出头贴合模具型面将所述材料挤出成条状胚料；步骤3：重复步骤2，使相邻的条状胚料相互拼接或堆叠，相邻的条状胚料之间的接合处通过熔融态或半熔融态进行接合，获得预制件。2.根据权利要求1所述的一种3D增材制造工艺，其特征在于，还包括：预制模具，所述挤出头在挤出所述材料的同时沿所述模具型面的法向对所述条状胚料施加压力使其贴合在所述模具型面上。3.根据权利要求1所述的一种3D增材制造工艺，其特征在于，所述相邻的条状胚料之间的接合处通过摩擦搅拌焊进行接合。4.根据权利要求1所述的一种3D增材制造工艺，其特征在于，还包括：将所述预制件完成焊接的表面进行轧压或锻压处理。5.根据权利要求1所述的一种3D增材制造工...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖仁旺，杨建国，文成永，吴家建，
申请(专利权)人：肖仁旺，
类型：发明
国别省市：四川,51