一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，属有色金属增材制造技术领域，该方法包括如下步骤：首先采用三维建模软件或对实体进行扫描，获得拟打印的零件模型；将获得的模型零件转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式；进行半固态铝合金成形准备，包括原材料、喷头、加热熔融装置和设备初始状态检查的准备；将加热至半固态的铝合金熔液，按照工艺参数，沿预设的运动轨迹在压力作用下，从喷头沉积到成形平台上，最终得到所需零部件；最后进行直写成形后的零件热处理或等静压处理。本发明专利技术将熔融直写工艺低成本高效率的工艺优势与半固态铝合金易加工、性能高的特点相结合，可生产出精度更高、质量更好的零件产品对象。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法
本专利技术涉及一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，属有色金属增材制造的

技术介绍
金属熔融直写成形是一种金属快速制造技术，该方法是将液态金属按规定路径逐道、逐层沉积到基板上，获得三维金属零件。具有高效率、低成本、柔性化、绿色化的特点，目前被广泛应用于航空、航天、军事、医疗等高端领域中高性能、结构复杂零部件的快速、直接制造。半固态成形是近年来发展起来的新型技术，其优点是材料的成形温度较低，得到零件尺寸精度高、材料浪费少，实现了近净成形。目前半固态成形方法主要局限在铸造、锻造、轧制等传统工艺方法。将熔融直写工艺与半固态成形结合起来，将低成本高效率的工艺优势与半固态铝合金易加工、性能高的特点相结合，可生产出精度更高、质量更好的零件产品对象。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种铝合金半固态熔融三维直写成形的方法。该方法以半固态铝合金触变材料为原料，经过模型设计、数据处理、成形准备、直写成形以及后处理过程，实现温度精确控制、半固态铝合金自动直写成形，获得近净成形的铝合金熔融直写制件，提高制件的精度和质量。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，模型设计：采用三维建模软件或对实体进行扫描，获得拟打印的零件模型；步骤二，数据处理：将步骤一获得的模型零件转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式；步骤三，半固态铝合金成形准备：包括原材料、喷头、加热熔融装置和设备初始状态检查的准备；步骤四，熔融直写成形过程：包括熔融直写加热过程和沉积过程两个步骤。将加热至半固态的铝合金熔液，按照工艺参数，沿预设的运动轨迹在压力作用下，从喷头沉积到成形平台上，最终得到所需零部件；步骤五，后处理：直写成形后的零件经过热处理或等静压处理。进一步地，步骤一中，所述模型设计指通过三维建模软件或对实体进行扫描等方式获得零件模型，模型零件应该能转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式，数据格式为PRT、AMF、3MF、STL、X-T、OBJ等其中一种。进一步地，步骤一中，所述成形设备包括照明系统、成形过程视频监控系统、气氛保护系统、温度控制及反馈调节系统、金属熔融加热系统。进一步地，步骤二中，所述数据处理指根据成形零件的复杂程度设定零件成形方向，将设计完成的模型在熔融直写成形专用软件下转换为设备可识别的成形G代码。进一步地，步骤三中，所述原材料为铝合金半固态触变材料，加热过程中，温度控制为580℃-620℃，直写过程中，温度控制为710℃-720℃，原材料尺寸为≤20mm×20mm×20mm的方块，去除表面氧化皮。进一步地，步骤三中，所述喷头直径为0.2mm-1.0mm专用喷头。进一步地，步骤三中，将上述原材料和喷头用超声波清洗至表面无油污和杂质后进行热风烘干，烘干温度≥100℃，烘干时间为≥10min。进一步地，步骤三中，将上述清洗烘干完毕的原材料进行预热，温度为180℃-220℃，预热时间为5-10min。进一步地，步骤三中，所述加热熔融装置准备为对其内壁表面进行预处理，将涂料均匀涂覆内壁表面，涂覆前装置预热至100℃以上，涂覆层厚度为0.3-0.5mm，更优选的，所述涂料配方为氧化锌：氧化钛：水的质量比为1：1：20。进一步地，步骤三中，所述设备初始状态检查包括运动系统、气氛保护系统压力表指针是否处于初始位置。进一步地，步骤四中所述加热过程包括先后进行的第一子步骤和第二子步骤，所述第一子步骤中，半固态铝合金原料在加热熔融装置(2)中进行，其上设有电阻加热器(3)和插入式热电偶(4)，加热温度为580℃-620℃，加热时间为15-30min，更优选的加热温度为595℃-605℃，加热时间为25min，进一步地，持续加热升温至710℃-720℃进行保温，保温时间15-30min；所述第二子步骤中，用于直写成形的铝合金半固态浆料温度为保温温度±3℃范围内的温度。进一步地，步骤四中，所述沉积过程包括以下先后进行的六个子步骤。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤一，依次打开成形设备中的照明系统、成形过程视频监控系统、气氛保护系统、温度控制及反馈调节系统、金属熔融加热系统。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤二，按照工艺参数参考设置范围设置完成成形参数后，打开金属熔融三维直写成形专用软件，将处理好的模型数据成形代码下载至成形软件界面。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤三，打开加热熔融装置的顶部的保护气体阀门，待熔融金属液从喷头底部流出触及成形基板后，开始成形直至成形程序结束。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤四，待成形零件成形程序结束后，关闭金属熔融装置的保护气体阀门，成形结束，关闭气氛保护系统阀门。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤五，依次关闭金属熔融加热系统中金属熔融加热装置加热开关、底板加热开关，待成形零件冷却至100℃以下时打开成形腔室，采用专用工具将成形零件从成形基板上取出。进一步地，步骤四中，所述沉积过程子步骤六，关闭成形软件，将运动系统复位，依次关闭照明系统、成形过程视频监控系统和总控制电源。进一步地，步骤四中，所述压力为通过加热熔融装置顶部的进气装置(5)进行氮气顶吹，优选地，制氮机压力值大于0.4MPa且纯度大于99.9％，顶吹压力≤0.1Mpa，使加热熔融装置中压强保持在0.02MPa以上。进一步地，步骤四中，所述工艺参数设置包括直写喷头孔径、直写喷头高度、扫描速度、扫描方式、基板加热温度，优选地，直写喷头孔径为0.2mm-1.0mm，直写喷头高度为30mm-70mm，扫描速度为10-100mm/s，扫描方式为沿长边或沿短边，基板加热温度≤300℃。进一步地，步骤五中，所述的后处理为固溶处理，优选的固溶温度535℃-540℃，固溶时间≥5h；之后进行时效处理，时效温度为200℃，时效时间≥4h，最后空冷至室温。进一步地，步骤五中，所述的热等静压处理，用铝箔包覆成形件，优选地，热等静压温度≥350℃，压力≥100MPa，时间≥1h。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果1.使用金属熔融直写成形方法进行铝合金半固态成形，摆脱了现有半固态成形技术需要模具的局限，可以实现半固态铝合金低成本、高效率成形，获得复杂结构的铝合金制件。2.使用半固态铝合金熔融直写方法，能够获得组织均匀、高精度、高性能的铝合金直写制件。附图说明图1为一种铝合金半固态熔融直写成形方法流程图。具体实施方式以下将通过实施例结合附图对本专利技术的内容做进一步的详细说明，本专利技术提供了一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，包括以下步骤：1、模型设计：采用三维建模软件或对实体进行扫描，获得拟打印的零件模型。2、数据处理：将步骤一获得的模型零件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一，模型设计：采用三维建模软件或对实体进行扫描，获得拟打印的零件模型；/n步骤二，数据处理：将步骤一获得的模型零件转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式；/n步骤三，半固态铝合金成形准备：包括原材料、喷头、加热熔融装置和设备初始状态检查的准备；/n步骤四，熔融直写成形过程：将加热至半固态的铝合金熔液，按照工艺参数，沿预设的运动轨迹在压力作用下，从喷头沉积到成形平台上，最终得到所需零部件；/n步骤五，后处理：直写成形后的零件经过热处理或等静压处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，模型设计：采用三维建模软件或对实体进行扫描，获得拟打印的零件模型；
步骤二，数据处理：将步骤一获得的模型零件转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式；
步骤三，半固态铝合金成形准备：包括原材料、喷头、加热熔融装置和设备初始状态检查的准备；
步骤四，熔融直写成形过程：将加热至半固态的铝合金熔液，按照工艺参数，沿预设的运动轨迹在压力作用下，从喷头沉积到成形平台上，最终得到所需零部件；
步骤五，后处理：直写成形后的零件经过热处理或等静压处理。


2.根据权利要求1中所述的铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，
步骤一中，所述模型设计指通过三维建模软件或对实体进行扫描等方式获得零件模型，模型零件应该能转换为熔融三维直写成形设备软件可识别的数据格式，数据格式为PRT、AMF、3MF、STL、X-T、OBJ等其中一种；其中
所述成形设备包括照明系统、成形过程视频监控系统、气氛保护系统、温度控制及反馈调节系统、金属熔融加热系统。


3.根据权利要求1中所述的铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，
步骤二中，所述数据处理指根据成形零件的复杂程度设定零件成形方向，将设计完成的模型在熔融直写成形专用软件下转换为设备可识别的成形G代码。


4.根据权利要求1中所述的铝合金半固态熔融三维直写成形方法，其特征在于，
步骤三中，所述原材料为铝合金半固态触变材料，加热过程中，温度控制为580℃-620℃，直写过程中，温度控制为(710℃-720℃)±3℃，原材料尺寸为≤20mm×20mm×20mm的方块，去除表面氧化皮；
所述喷头直径为0.2mm-1.0mm专用喷头；
进一步地，将上述原材料和喷头用超声波清洗至表面无油污和杂质后进行热风烘干，烘干温度≥100℃，烘干时间为≥10min；
进一步地，将上述清洗烘干完毕的原材料进行预热，温度为180℃-220℃，预热时间为5-10min；
所述加热熔融装置准备为对其内壁表面进行预处理，将涂料均匀涂覆内壁表面，涂覆前装置预热至100℃以上，涂覆层厚度为0.3mm-0.5mm，更优选的，所述涂料配方为氧化锌：氧化钛：水的质量比为1：1：20；
所述设备初始状态检查包括运动系统、气氛保护系统压力表指针是否处于初始位置。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戎文娟，王永威，王佳琳，李军，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11