一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，包括以下步骤：1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。本发明专利技术通过对基本摆放要求的薄壁金属构件摆放位置的二次优化，可以充分发挥刮刀的打印尺寸修正功能，降低刮刀卡刀风险，提升薄壁金属构件的打印成功率。

A method to improve the success rate of 3D printing thin-walled metal components

【技术实现步骤摘要】
一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法
本专利技术涉及激光先进增材制造
，具体是指一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法。
技术介绍
增材制造工艺（俗称3D打印）凭借其高柔性、短流程、复杂结构一体化成形、热影响区域小、材料利用率高、操作自由度高、无污染、净成形等优势在航空、航天等复杂金属构件制造领域得到了大规模应用。但是随着设计—制造要求的不断提高，对增材制造工艺制造的超精细复杂结构构件的要求也随之提升。特别是对薄壁金属构件3D打印的制造需求越来越多，以满足复杂轻量化构件实际应用要求。随着这种需求的进一步增加，不仅仅对大尺寸3D打印设备的需求越来越大，同时对薄壁金属构件的打印制造成熟工艺的需求也越来越迫切。目前，复杂的薄壁金属构件的打印制造，除了受到设备成形尺寸制约以外，其打印制造工艺也尚未成熟，造成打印失败的机率增加，重复失败问题不断出现，需多次迭代以后才能找到最佳的打印制造方案，这种情况使得设备、原材料以及人工成本极大提升，严重制约了该技术的发展。薄壁金属构件打印失败最为关键的原因是无法精确控制其在打印过程中的翘曲变形。由于金属材料强度高，当在打印过程中由于热量集中发生形变时，其形变部分极易发生刮刀的卡刀现象，这种情况极易造成刮刀损坏、构件破损，最终使得打印失效。如何精确控制大型薄壁金属构件在打印过程中的形变，避免打印失效，是急需解决的一个关键性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过对薄壁金属构件在激光选区熔化设备成形舱内摆放方式进行优化，达到控制其形变、减弱刮刀卡刀现象发生的目的，最终提升其打印成功率的一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；（2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；（3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；（4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。薄壁金属构件在打印过程中翘曲变形的主要原因是翘曲区域热量集中，造成内应力增加，在底层支撑或结构给予的拉力不足时，就容易发生形变。金属构件打印采用的刮刀为钢质刮刀，当形变量较小，不足以使刮刀卡刀时，可以通过刮刀对形变进行强制约束，不会影响最终构件的交付质量；当形变较大，已经造成卡刀时，刮刀的约束能力被破坏，极易造成刮刀损坏和构件打印失败。因此在薄壁金属构件打印过程中需要通过调节工艺参数尽可能的弱化应力集中区，当工艺参数调节窗口受限以后，可以采用减少卡刀风险的摆放方法，充分发挥钢性刮刀的形变约束作用。为更好的实现本专利技术，进一步地，进行3D打印的所述薄壁金属构件为大型薄壁钛合金构件，使用的打印材料为钛合金TC4粉末，使用的3D打印技术为激光选区熔化成形技术。为更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤（1）中，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置具体过程如下：使构件尽量远离基板边缘区域，并尽量降低构件在舱内的打印高度。为更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤（2）中，薄壁金属构件摆放优化的方式如下：薄壁金属构件在x-y截面上的最长边与刮刀铺粉方向成30°-60°的夹角范围内。为更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤（2）中，薄壁金属构件摆放优化的方式如下：所述步骤（2）中，薄壁金属构件摆放优化的方式如下：为更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤（2）中，薄壁金属构件摆放优化的方式如下：所述薄壁金属构件在x-y截面上的最长边与舱内吹风方向成30°-60°的夹角范围内。为更好的实现本专利技术，进一步地，所述步骤（3）中，导入打印材料的参数数据包与进行打印的3D设备相适配。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本专利技术通过对薄壁金属构件在3D打印过程中的基本摆放位置进行多次二次优化，使其可以充分发挥刮刀的打印尺寸修正功能，降低刮刀卡刀风险，提升构件的打印成功率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：图1为本专利技术中3D打印设备成形舱示意图；图2为本专利技术中薄壁金属构件摆放位置与刮刀铺粉方向夹角示意图；图3为本专利技术中薄壁金属构件摆放位置与舱内吹风口夹角示意图；图4为本专利技术中薄壁金属构件摆放位置与舱内吹风器出风口相对位置示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此，在不脱离本专利技术上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：本实施例提供了一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，包括以下步骤：（1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；（2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；（3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；（4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。实施例2：本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了薄壁金属构件的材质，使用的打印材料，以及使用的3D打印技术，进行3D打印的所述薄壁金属构件为大型薄壁钛合金构件，使用的打印材料为钛合金TC4粉末，使用的3D打印技术为激光选区熔化成形技术。本实施例的其他部分与实施例1相同，不再赘述。实施例3：本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，所述3D打印设备成形舱的结构图，如图1所示，所述步骤（1）中，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置具体过程如下：使构件尽量远离基板边缘区域，并尽量降低构件在舱内的打印高度。所述前期预处理数模调整其在舱内的成形位置，使成形区域尽量远离基板边缘区域，基板边缘区域散热较慢，激光能量输入稳定性较差，因此远离边缘区域有利于保证构件质量，降低翘曲变形风险。所述确保构件摆放在成形舱内高度尽量低，构件打印高度降低可以有效的减少打印时间，打印时间越长打印失败的概率越高，制造成本也越高，同时输入的热量也越多，容易引起热变形。所述构件摆放符合打印要求，即符合激光选区熔化成形工艺（SLM）构件打印基本要求，支撑与构件合理匹配可以打印制造。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；/n（2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；/n（3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；/n（4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。/n

【技术特征摘要】
1.一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；
（2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；
（3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；
（4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。


2.根据权利要求1所述的一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，进行3D打印的所述薄壁金属构件为大型薄壁钛合金构件，使用的打印材料为钛合金TC4粉末，使用的3D打印技术为激光选区熔化成形技术。


3.根据权利要求2所述的一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置具体过程如下：使构件尽量远离基板边缘区域，并尽量降低构件在舱内的打...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞文军，荣鹏，王大为，王东晔，高川云，朱振新，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51