一种航空用钛合金3D打印增强工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种航空用钛合金3D打印增强工艺，包括以下步骤：S1、待铺粉原料经混合器输出，经刮刀条和漏粉槽平铺在粉末床上；S2、对粉末床上的金属粉末进行第一次激光扫描，至粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至预设温度；S3、对预热后的金属粉末层按照设定的扫描策略，规划扫描路径，并进行第二次激光扫描；S4、经冷却成型，得到凝固的金属片；S5、对已凝固的金属片进行第三次激光扫描，得到半成品；S6、对变成品的金属切层表面实施第四次激光扫描，即完成航空用钛合金3D打印增强工艺。本发明专利技术提出的工艺，能够减少成品内部的裂纹和气泡，且成品力学强度、尺寸精度和致密度高，表面粗糙度Ra值低。Ra值低。

【技术实现步骤摘要】
一种航空用钛合金3D打印增强工艺


[0001]本专利技术涉及航空零件加工工艺
，尤其涉及一种航空用钛合金3D打印增强工艺。

技术介绍

[0002]钛合金由其优良的力学性能和较低的密度，在空军机型上被大量使用，但是其极难加工性能极大的降低了零件成品率，拖延生产周期。另外空军对飞机的可靠性要求越来越高，为提高可靠性，飞机关键部件的零件大大融合，零部件逐渐一体化，因而尺寸越来越大，形状越来越复杂。另外随着拓扑优化、轻量化设计等一些先进的技术在航空产品设计中广泛应用，形成众多高度复杂的零件。常规的铸锻焊无法加工高度复杂的零件，越来越制约先进设计技术的应用。
[0003]金属3D打印技术改变了制造业的生产方法，并在近几年发展的越发成熟。目前，金属3D打印主要发展为SLM(选择性激光熔融)、EBM(电子束成形)和 LENS(同步送粉)三大类。其中，SLM技术因具有成形精度高、复杂结构构造能力强等显著优势，成为当前金属3D打印的主流技术。在加工的过程中，SLM技术用激光使粉体完全熔化，不需要黏结剂，并且成型的精度和力学性能都比激光烧结技术要好。因此，航空航天研究人员对SLM技术十分重视。与传统工艺相比，SLM金属3D打印技术不需要工装夹具、也不需要模具，具有成形材料广泛、制件复杂度高等优点，特别适用于钛合金等难加工零件的生产以及高度复杂的零部件。
[0004]虽然国内SLM金属3D打印
已经取得了一定的成果，但与发达国家相比，仍然存在较大的差距。现有的3D打印过程中，由于激光器选择零件区域熔化，未熔化区域仍然是粉末，熔化成形固体导热性能好，而粉末材料导热性能差，导致Z轴方向，截面变化较大区域容易形成热量集中，散热差温度梯度大，导致残余应力较大。航空器薄壁、异形构件极易产生裂纹、变形等缺陷，而航空器对零件的机械性能要求严格，因此如何改进打印工艺，减小热量集中，消除残余应力，降低打印缺陷，是本领域亟待解决的问题。基于现有技术存在的不足，本专利技术提出一种航空用钛合金3D打印增强工艺。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有3D打印过程中热量集中，残余应力大，打印缺陷易形成的问题，而提出的一种航空用钛合金3D打印增强工艺。
[0006]一种航空用钛合金3D打印增强工艺，包括以下步骤：S1、柔性铺粉：待铺粉原料按照所需比例经混合器混合后，经混合器的输出端输出，并将混合后的样品经刮刀条和漏粉槽平铺在粉末床上，完成柔性铺粉；S2、金属粉末预热：在步骤S1的柔性铺粉后对粉末床上的金属粉末进行第一次激光扫描，至粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至120～140℃，保持3～5min，再升温至180～220℃，完成金属粉末的预热；S3、激光成形：对步骤S2预热后的金属粉末层按照设定的扫描策略，规划扫描路径，保
证下封口先熔化，并进行第二次激光扫描；S4、冷却成型：完成第二次激光扫描后的样品经冷却成型，得到凝固的金属片；S5、去应力退火：对已凝固的金属片的表面进行第三次激光扫描，并控制温度降低至材料熔点以下30～40℃，得到半成品；S6、激光表面相变强化：对变成品的金属切层表面实施第四次激光扫描，即完成航空用钛合金3D打印增强工艺。
[0007]优选的，步骤S2中，粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至130℃，保持4min，再升温至200℃。
[0008]优选的，步骤S3中，所述第二次激光扫描的功率为1～1.5kW,扫描速度为350～500mm/min。
[0009]优选的，步骤S5中，所述第三次激光扫描的功率为30～60mW,扫描速度为200～260mm/min。
[0010]优选的，步骤S6中，所述第四次激光扫描的功率为1000～1200W，扫描速度为400～500mm/min。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的航空用钛合金3D打印增强工艺，主要针对航空薄壁、异形件等特殊结构，而提出的基于变功率激光束复合扫描的金属粉末预热、成形、去应力退火和表面强化四个主要阶段分时协同成形技术，减少产品内部裂纹和气泡。金属粉末预热过程中，采用低功率激光扫描，使金属粉末温度升高至200℃左右，进而使金属粉末内水蒸气溢出，减少气泡缺陷；在激光成形过程中，对预热后的金属粉末层按照设定扫描策略施加高功率激光扫描，提高设备成形速度和成型能力；在去应力退火中，对已凝固的金属切片层表面施加低功率激光扫描，降低了冷却速度，另一方面实现去应力退火，有效降低残余应力，减少开裂缺陷；激光表面相变强化，对已凝固成型的金属切层表面实施高强度激光扫描，促进金属晶粒纳米化、调整内应力、焊合裂纹，逐层提高成型件疲劳断裂强度。经实验证明本专利技术提出的加工工艺能够显著降低SLM金属3D打印成型缺陷，实现成形件裂纹和气泡同比减少50%，且成型件的力学强度、尺寸精度和致密度提高15%以上，零件表面粗糙度Ra值低于12.5um。
具体实施方式
[0012]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。
[0013]实施例1本专利技术提出的一种航空用钛合金3D打印增强工艺，包括以下步骤：S1、柔性铺粉：待铺粉原料按照所需比例经混合器混合后，经混合器的输出端输出，并将混合后的样品经刮刀条和漏粉槽平铺在粉末床上，完成柔性铺粉；S2、金属粉末预热：在步骤S1的柔性铺粉后对粉末床上的金属粉末进行第一次激光扫描，至粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至120℃，功率为60mW，扫描速度为500mm/min，保持5min，再升温至180℃，完成金属粉末的预热；S3、激光成形：对步骤S2预热后的金属粉末层按照设定的扫描策略，规划扫描路径，保证下封口先熔化，并进行第二次激光扫描，功率为1.5kW,扫描速度为350mm/min；S4、冷却成型：完成第二次激光扫描后的样品经冷却成型，得到凝固的金属片；
S5、去应力退火：对已凝固的金属片的表面进行第三次激光扫描，功率为30mW,扫描速度为260mm/min并控制温度降低至材料熔点以下40℃，得到半成品；S6、激光表面相变强化：对变成品的金属切层表面实施第四次激光扫描，功率为1200W，扫描速度为400mm/min，即完成航空用钛合金3D打印增强工艺。
[0014]实施例2本专利技术提出的一种航空用钛合金3D打印增强工艺，包括以下步骤：S1、柔性铺粉：待铺粉原料按照所需比例经混合器混合后，经混合器的输出端输出，并将混合后的样品经刮刀条和漏粉槽平铺在粉末床上，完成柔性铺粉；S2、金属粉末预热：在步骤S1的柔性铺粉后对粉末床上的金属粉末进行第一次激光扫描，至粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至130℃，功率为50mW，扫描速度为550mm/min，保持4min，再升温至200℃，完成金属粉末的预热；S3、激光成形：对步骤S2预热后的金属粉末层按照设定的扫描策略，规划扫描路径，保证下封口先熔化，并进行第二次激光扫描，功率为1.2kW,扫描速度为400mm/min；S4、冷却成型：完成第二次激光扫描后的样品经冷却成型，得到凝固的金属片；S5、去应力退火：对已凝固的金属片的表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空用钛合金3D打印增强工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、柔性铺粉：待铺粉原料按照所需比例经混合器混合后，经混合器的输出端输出，并将混合后的样品经刮刀条和漏粉槽平铺在粉末床上，完成柔性铺粉；S2、金属粉末预热：在步骤S1的柔性铺粉后对粉末床上的金属粉末进行第一次激光扫描，至粉末床上铺设的金属粉末的温度升高至120～140℃，保持3～5min，再升温至180～220℃，完成金属粉末的预热；S3、激光成形：对步骤S2预热后的金属粉末层按照设定的扫描策略，规划扫描路径，保证下封口先熔化，并进行第二次激光扫描；S4、冷却成型：完成第二次激光扫描后的样品经冷却成型，得到凝固的金属片；S5、去应力退火：对已凝固的金属片的表面进行第三次激光扫描，并控制温度降低至材料熔点以下30～40℃，得到半成品；S6、激光表面相变强化：对变成品的金属切层表面实施第四次激光扫描，即完成航空用钛合金3D打印增强工艺。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桐，李建生，鹿宪珂，桂凯旋，王刚，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：