基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法技术

本发明专利技术公开了一种基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法，具体包括如下步骤：S1、将0.1mm304不锈钢薄片进行激光切割，形成与计算机生成虚拟层轮廓一致的薄片实体层，将加工后的多层金属薄片进行砂纸打磨清除表面的杂质，同时保证表面平整，去除油污；接着，通过超声波清洗使表面光洁度到达实验要求标准；S2、将薄片用定位销固定通过激光逐层焊接从而得到零件模型；S3、将薄片用定位销及自制夹具固定之后置入高温热扩散炉中进行长时间的压力真空扩散焊接。

Three dimensional forming method of metal parts based on lamination laminated connection

The invention discloses a three-dimensional forming method of metal parts based on thin laminated connection, which includes the following steps: S1, cutting 0.1mm304 stainless steel sheet by laser cutting, forming a thin slice solid layer that is consistent with the outline of a computer generated virtual layer, and grinding the processed multi-layer gold sheet to scavenging the surface of the surface. Quality, at the same time, to make the surface smooth and remove the oil pollution; then, the surface smoothness is reached to the experimental requirements by ultrasonic cleaning; S2, the thin slice is fixed by the laser to get the part model by laser welding, and the thin slice is fixed in the high temperature heat diffusion furnace with the positioning pin and the self-made fixture. Pressure vacuum diffusion welding between them.

【技术实现步骤摘要】
基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法
本专利技术涉及基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法。
技术介绍
随着信息科技与工业化水平的高速发展，金属3D打印技术进入百花齐放的繁荣期。按照不同的成形方法和特点，金属成形的技术主要有：选择性激光熔融技术(SelectiveLaserMelting，SLM)，选择性激光烧结技术(SelectiveLaserSintering，SLS)，分层实体制造(LaminatedObjectManufac-turing，LOM)，三维打印技术(3DPrinting，3DP)，其中分层实体制造技术(LaminatedObjectManu-facturing，LOM)又称薄型材料选择性切割，是几种最成熟的快速成型制造技术之一。传统的分层实体制造技术是以厚度为0.05～0.1mm的纸质材料为原材料，通过线切割等加工工艺形成单层的二维图形，再利用热熔胶及添加剂等进行粘合成型，适用于结构简单的模具和零件的制造，制造周期较长，无法直接形成具有复杂内腔的金属零件。针对这个问题，近年来出现了利用细薄金属片先进行传统机加工切割成一系列二维图形后通过多种形式如压力热扩散焊、激光点焊的焊接方式进行叠片叠层连接，从而形成造型精度较高、形状更加复杂的金属零件。相较于其他金属快速成型工艺而言，LOM具有使用材料范围广泛，成型尺寸选择范围大，无需设计构件支撑结构，前期加工与后期处理简便，原材料相对便宜，可短时间内制作模型，成型速度较快等优点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题，就是提出一种基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法，具体包括如下步骤：S1、将0.1mm304不锈钢薄片进行激光切割，形成与计算机生成虚拟层轮廓一致的薄片实体层，将加工后的多层金属薄片进行砂纸打磨清除表面的杂质，同时保证表面平整，去除油污；接着，通过超声波清洗使表面光洁度到达实验要求标准；S2、将薄片用定位销固定通过激光逐层焊接从而得到零件模型；S3、将薄片用定位销及自制夹具固定之后置入高温热扩散炉中进行长时间的压力真空扩散焊接。作为优选地，所述步骤S1中，由切片软件将设计好的三维模型按照0.1mm的厚度进行切片分层而获得二维的薄片轮廓信息，通过激光切割将二维轮廓切割完成，得到叠层模型。作为优选地，所述步骤S2中，激光逐层焊接的操作步骤为：将金属薄片按顺序排列，用两个定位销定位，先通过激光点焊在四个侧面上进行非连续性焊接得到四条焊缝，使不锈钢薄片固定形成零件初步的模型，将零件四个激光点焊过的侧面用砂轮机进行打磨，磨去点焊焊缝造成的凹坑，使表层光滑并露有层叠状外貌；将初步零件模型用磁铁夹具固定位置于激光扫描焊接机上，设置激光扫描焊接机的工艺参数为频率25Hz，光斑直径为0.2mm，脉冲宽度为0.2ms，沿层片表面进行连续性激光焊接，形成多条长条状焊缝覆盖四个侧面，使薄片逐层连接，形成完整零件。将所得零件表面进行打磨抛光，得到最终所需零件模型。作为优选地，所述步骤S3中，真空扩散焊接的具体步骤为：将金属薄片按顺序排列，用两个定位销定位，通过定制夹具对整体金属薄片进行压紧固定，把固定好的零件置于真空度为1.0μPa的真空玻璃管中，将整体置入热扩散炉中，在1000℃的温度下保温10h，随后进行去应力退火，消除零件内应力；将进行过热扩散焊接的试样进行抛光打磨之后，用硝酸铁酒精溶液进行短时间腐蚀，观察零件的整体成型精度。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：(1)本专利技术通过研究激光扫描焊接工艺与真空热扩散焊接工艺对零件外型及成型精度的影响，探索了不同金属薄片叠层连接工艺制造复杂零件的可行性。(2)通过激光加工切割金属薄片形成多层二维结构。在频率25Hz，脉冲宽度0.2ms的条件下，进行激光扫描焊接形成零件；在热扩散温为1000℃，保温时间10h条件下，利用真空扩散焊接连接多层金属薄片形成零件。(3)真空热扩散焊接连接金属零件的工艺更适应于内腔复杂，并且对零件内腔精度要求较高的零件或模具制造。附图说明图1为激光扫描焊接示意图；图2为真空热扩散焊接示意图；图3为真空扩散焊接过程中的原子扩散示意图。具体实施方式为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本专利技术，下面将结合附图，对本专利技术作进一步的说明。1.1实验原理：基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法的基本原理为：基于薄片叠层连接的金属零件三维成型技术的基本工艺过程包括：(1)利用激光切割机对100μm304不锈钢片进行切割以获得所需的二维结构；(2)将薄片用定位销固定通过激光逐层焊接从而得到零件模型；(3)将薄片用定位销及自制夹具固定之后置入高温热扩散炉中进行长时间的真空扩散焊接；由切片软件将设计好的三维模型按照0.1mm的厚度进行切片分层而获得二维的薄片轮廓信息，通过激光切割将二维轮廓切割完成，得到叠层模型。激光扫描焊接：将薄片叠层用夹具固定之后进行连续性焊接，从而实现不锈钢薄片的连接获得零件；真空扩散焊接：夹具固定实验所需的金属薄片，置入真空炉中进行扩散连接获得零件。1.2实验材料表1为304不锈钢材料化学组成成分。表1：304不锈钢材料化学组成成分(质量百分数)1.3试验过程：首先，将0.1mm304不锈钢薄片进行激光切割，形成与计算机生成虚拟层轮廓一致的薄片实体层，将加工后的多层金属薄片进行砂纸打磨清除表面的杂质，同时保证表面平整，去除油污。接着，通过超声波清洗使表面光洁度到达实验要求标准。激光扫描焊接：将金属薄片按顺序排列，用两个定位销定位，先通过激光点焊在四个侧面上进行非连续性焊接得到四条焊缝，使不锈钢薄片固定形成零件初步的模型，将零件四个激光点焊过的侧面用砂轮机进行打磨，磨去点焊焊缝造成的凹坑，使表层光滑并露有层叠状外貌。将初步零件模型用磁铁夹具固定位置于激光扫描焊接机上，设置激光扫描焊接机的工艺参数为频率25Hz，光斑直径为0.2mm，脉冲宽度为0.2ms，沿层片表面进行连续性激光焊接，形成多条长条状焊缝覆盖四个侧面，使薄片逐层连接，形成完整零件。将所得零件表面进行打磨抛光，得到最终所需零件模型，激光扫描焊接示意图如图1所示。真空扩散焊接的具体步骤为：将金属薄片按顺序排列，用两个定位销定位，通过定制夹具对整体金属薄片进行压紧固定，把固定好的零件置于真空度为1.0μPa的真空玻璃管中，将整体置入热扩散炉中，在1000℃的温度下保温10h，随后进行去应力退火，消除零件内应力；将进行过热扩散焊接的试样进行抛光打磨之后，用硝酸铁酒精溶液进行短时间腐蚀，观察零件的整体成型精度，真空热扩散焊接示意图如图2所示。1.4实验结果及分析：激光切割对零件表面精度的影响：激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束扫描工件表面，在极短时间内将材料局部加热，使被照射的材料迅速气化、熔化、烧蚀或达到熔点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，实现将工件割开，达到切割目的。金属零件是由各层不锈钢薄片叠层连接而形成的，因此每一层金属薄片经过激光切割之后的切割质量和变形程度很大程度上决定了零件的表面精度和整体成型质量。与线切割等机加工工艺相比较，激光加工对0.1mm的不锈钢薄板进行切割成型时具有速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、将0.1mm304不锈钢薄片进行激光切割，形成与计算机生成虚拟层轮廓一致的薄片实体层，将加工后的多层金属薄片进行砂纸打磨清除表面的杂质，同时保证表面平整，去除油污；接着，通过超声波清洗使表面光洁度到达实验要求标准；S2、将薄片用定位销固定通过激光逐层焊接从而得到零件模型；S3、将薄片用定位销及自制夹具固定之后置入高温热扩散炉中进行长时间的压力真空扩散焊接。

【技术特征摘要】
1.一种基于薄片叠层连接的金属零件三维成型方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、将0.1mm304不锈钢薄片进行激光切割，形成与计算机生成虚拟层轮廓一致的薄片实体层，将加工后的多层金属薄片进行砂纸打磨清除表面的杂质，同时保证表面平整，去除油污；接着，通过超声波清洗使表面光洁度到达实验要求标准；S2、将薄片用定位销固定通过激光逐层焊接从而得到零件模型；S3、将薄片用定位销及自制夹具固定之后置入高温热扩散炉中进行长时间的压力真空扩散焊接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，由切片软件将设计好的三维模型按照0.1mm的厚度进行切片分层而获得二维的薄片轮廓信息，通过激光切割将二维轮廓切割完成，得到叠层模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，激光逐层焊接的操作步骤为：将金属薄片按顺序排列，用两个定位销定位，先通过激光点焊在四个侧面上进行非连续性焊接得到四条焊缝，使不...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑锦潮，
申请(专利权)人：佛山租我科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44