一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法；该方法通过直接优化基板的形状，使基板只保留目标零件的接触面的形状，厚度方面，保证能够给予增材制造零件足够的支撑力即可，使得减少零件在制造过程中减少基板对成形件的机械约束，通过将基板设计为镂空结构，调控增材制造过程中的最大温度梯度，最终实现增材制造构件残余应力和成形过程中非稳态阶段的减小；该方法可用于各种高能束(激光、电子束、等离子束、电弧)作为热源的金属增材制造制造过程，包括激光立体成形、选区激光熔化及电子束熔丝沉积等。

A Method of Reducing Residual Stress and Unsteady State in Adding Material by Optimizing Substrate

The invention discloses a method for reducing the residual stress and unsteady state of the added material manufacturing by optimizing the base plate; by directly optimizing the shape of the base plate, the base plate retains only the shape and thickness of the contact surface of the target part, so as to ensure that enough support force can be given to the added material manufacturing part, thereby reducing the mechanical constraint of the base plate on the formed part in the manufacturing process. By designing a hollow structure of the substrate, the maximum temperature gradient in the manufacturing process is adjusted, and the residual stress and the unsteady phase in the forming process are reduced. This method can be used in the manufacturing process of metal augmentation with various high energy beams (laser, electron beam, plasma beam, arc) as heat source, including laser stereoforming and selective laser melting. Chemical and electron beam fuse deposition, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法
本专利技术属于高能束增材制造领域，具体涉及一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法。
技术介绍
高能束增材制造是一类通过离散堆积原理制造高性能复杂金属零件的先进工业制造技术，该技术采用计算机CAD软件进行三维建模、分层切片及路径规划，计算机将数据传输到增材制造设备的控制系统中，利用高能束(激光、电子束、等离子和电弧)热源将金属粉末或丝材逐层沉积到基材上，最终获得所需的目标零件。但增材制造过程是一个非均匀、快速、多尺度的热-组织-应力耦合过程，材料经受反复的快热快冷循环，急剧变化的温度场和巨大的局部热梯度导致大的热应力，使得构件发生变形甚至开裂，最终影响构件的几何精度和力学性能，严重制约了增材制造技术在工业中的广泛应用。增材制造过程存在非稳态和准稳态两个阶段。沉积初始阶段，高能束作用在冷态基板上，使得熔池热量被冷基板迅速吸收，故熔覆层厚度和宽度受到限制，该阶段即为非稳态，具体表现为以熔池为中心的温度场剧烈的变化，同时随基板热累积，最大热梯度不断减小且沉积层尺寸逐渐增加。多层沉积后基板的热累积和热耗散达到平衡，以熔池为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据增材制造的目标零件形状，确定零件和基板连接面的几何形状，记为形状A；步骤2，制作基板B2，基板B2分为上部分(8)和下部分(9)，上部分(8)的水平形状和形状A相同；下部分(9)包括若干个用于支撑上部分(8)的支撑柱(10)，每一个支撑柱(10)的上表面和上部分(8)的下表面一体成型；步骤3，将下部分(9)的下表面固定在增材制造的工作台上，在上部分(8)的上表面通过高能束(7)作为热源增材制造目标零件。

【技术特征摘要】
1.一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据增材制造的目标零件形状，确定零件和基板连接面的几何形状，记为形状A；步骤2，制作基板B2，基板B2分为上部分(8)和下部分(9)，上部分(8)的水平形状和形状A相同；下部分(9)包括若干个用于支撑上部分(8)的支撑柱(10)，每一个支撑柱(10)的上表面和上部分(8)的下表面一体成型；步骤3，将下部分(9)的下表面固定在增材制造的工作台上，在上部分(8)的上表面通过高能束(7)作为热源增材制造目标零件。2.根据权利要求1所述的一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法，其特征在于，步骤2中，制作基板B2包括以下步骤：(1)切割长方体实心基板B0，切割后获得基板B1，基板B1水平截面的形状和形状A相同；(2)将基板B1划分为上部和下部，加工下部，使得下部形成若干个支撑柱(10)，相邻的支撑柱(10)之间有缝隙，形成包括上部分(8)和下部分(9)的基板B2。3.根据权利要求2所述的一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法，其特征在于，上部分(8)的厚度为3～5mm。4.根据权利要求2所述的一种通过优化基板减小增材制造残余应力和非稳态的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鑫，鹿旭飞，马良，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61