一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺制造技术

本发明专利技术公开一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，涉及钛合金零件的增材制造技术领域，以解决通过锻件工艺形成的钛合金零件的高温抗疲劳性能较差、使用寿命较短且不能满足航空航天等高端装备的升级使用要求的问题。所述增材制造工艺包括将曲面基板支撑架置于密封的成形仓内，在成形仓内通入保护气体，通过三维零件绘制出内层模型和外层模型，对内层模型和外层模型进行扫描路径规划和曲面切片分层，通过控制系统控制激光打印装置按照内层模型和外层模型的激光扫描路径和扫描层叠结构，打印出具有两种不同材料复合的曲面钛合金零件。本发明专利技术提供的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺用于制造曲面双材料钛合金零件。零件。零件。

【技术实现步骤摘要】
一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺


[0001]本专利技术涉及钛合金零件的增材制造
，尤其涉及一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺。

技术介绍

[0002]通常，航空航天等高端装备面临着严酷的力/热载荷及重量约束，使得装备自身材料需要满足热应力小、变形程度小、适应高温、耐蚀以及耐疲劳等条件要求，以保证装备自身具有较长的使用寿命。
[0003]航空航天等高端装备包括多种钛合金零件，钛合金零件的常规生产工艺为锻件，但由于钛合金与镍基、钴基高温合金相比仍然是一种不易锻造加工的金属材料，其熔点高、热加工温度范围窄、热加工变形抗力大、对退火温度十分敏感，工业上应用的钛合金结构件大都需要塑性变形处理之后再机械加工，导致加工周期较长且材料利用率低，而采用锻造加工时还需要锻压模具和大吨位锻机，使得其制造成本高、生产周期长，同时，钛合金经过常规塑性变形处理后形成的显微组织为等轴组织，其高温性能、断裂韧性和抗裂纹扩展能力相对于网篮组织较差。
[0004]因此，通过锻件工艺形成的钛合金零件的高温抗疲劳性能较差，使用寿命较短，不能满足航空航天等高端装备的升级使用要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，用于增强钛合金零件的性能，提高钛合金零件的使用寿命。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，包括增材制造设备，增材制造设备包括密封的成形仓、保护气体供给系统、控制系统以及激光打印装置，激光打印装置内设置有两种不同材料的打印原料，复合增材制造工艺包括：
[0008]提供曲面基板支撑架，将曲面基板支撑架置于成形仓内，通过保护气体供给系统朝成形仓内通入保护气体；
[0009]使用三维软件绘制出所要制造的曲面钛合金零件的三维实体模型，将三维实体模型导入增材制造设备的控制系统内，三维实体模型包括外层模型和位于外层模型内侧的内层模型，外层模型与内层模型形状相同；
[0010]通过控制系统对三维实体模型的外层模型和内层模型进行扫描路径规划和曲面切片分层，得出增材制造时的激光扫描路径和扫描层叠结构；
[0011]通过控制系统调整激光打印装置处于初始打印状态，设置控制系统内增材制造时的成形参数；
[0012]通过控制系统控制激光打印装置，先以激光打印装置中两种不同材料的打印原料其中一种作为原材料，按照激光扫描路径和扫描层叠结构进行激光打印，形成内层模型的
第一成形体；
[0013]再以激光打印装置中两种不同材料的打印原料中的另外一种作为原材料，继续按照激光扫描路径和扫描层叠结构进行激光打印，形成外层模型的第二成形体；
[0014]打印完毕后，第一成形体与第二成形体为一体结构并形成钛合金零件。
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，通过增材制造设备可以生产出钛合金零件，增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，是一种融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。由于增材制造技术具有瞬间熔化又迅速凝固的高效近净成型非平衡凝固特征，可以通过精准熔覆立体成形，获得网篮组织，使得经过增材制造的钛合金零件既可以具有经过锻件工艺生产的钛合金零件的良好性能，又能够实现大型复杂构件的快速整体成形和形成网篮组织，从而降低钛合金零件的制作周期和制造成本，增强钛合金零件的性能，提高钛合金零件的使用寿命，使其满足航空航天等高端装备的升级使用要求。
[0016]基于上述工艺，激光打印装置内设置有两种不同材料的打印原料，通过激光打印装置分别利用两种不同材料的打印原料进行打印，以生成一体成型的相对于内层模型的第一成形体和相对于外层模型的第二成形体，从而使得通过增材制造工艺可以生产出双材料复合的钛合金零件，双材料的钛合金零件是指含有两种不同材料的钛合金零件，例如包含耐蚀钛合金(钛
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钼，钛
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钯等)、耐热钛合金(包括高温钛合金)、高强钛合金、低温钛合金、特殊功能钛合金(钛
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铁贮氢材料和钛
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镍记忆合金)等材料中的任意两种，具体材料的使用可以使用环境进行选择，所选择的两种材料位于钛合金零件的内侧或外侧可以根据使用要求进行调整，从而进一步提高经过增材制造的钛合金零件的综合性能和使用寿命，使得钛合金零件可以应用于更加复杂的环境中，保证航天航空装备的多种环境适应性和使用安全。
[0017]基于上述工艺，采用增材制造技术形成双材料的钛合金零件时，制造工艺简单、生产的钛合金零件性能稳定且成本较低、能够更好将两种材料复合形成性能良好的钛合金零件，使得采用增材制造技术形成的双材料钛合金零件可以满足航空航天等高端装备的使用要求。
[0018]另外，通过增材制造技术形成曲面钛合金零件时，工艺简单且精度较高，便于形成满足航空航天使用要求的大型复杂曲面整体成形，而采用曲面基板支撑架对生产的钛合金零件进行支撑时，能够便于增材制造时曲面悬空零件的成形。
[0019]可选的，在上述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，通过控制系统对三维实体模型的外层模型和内层模型进行扫描路径规划的步骤中，包括扫描方式规划，扫描方式规划包括扫描顺序规划和采用圆形不分区扫描方式进行扫描，扫描顺序规划为采用由外到内、由下至上的扫描顺序进行扫描，或者采用由内到外、由上至下的扫描顺序进行扫描。如此设置，便于曲面双材料钛合金零件的成形。
[0020]可选的，在上述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，通过控制系统对三维实体模型的外层模型和内层模型进行扫描路径规划的步骤中，包括搭设方式规划，搭设方式规划为采用正搭设方式。如此设置，便于曲面双材料钛合金零件的顺序成形，提高钛合金复合零件成形后的结构稳定性。
[0021]可选的，在上述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，通过控制系统对三维实体模型的外层模型和内层模型进行曲面切片分层的步骤中，包括随形曲面分层切片，随形曲面分层切片为沿零件的表面进行曲面整体切层，每层的形状与外层模型的形状相同。如此设置，钛合金零件成形时层厚均匀、温度梯度小、热应力小、变形程度小且不易开裂，使得能够更加容易的形成曲面双材料的钛合金零件。
[0022]可选的，在上述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，随形曲面分层切片时，每层的厚度均相等且均为0.6mm～1.0mm。如此设置，便于采用相同的激光功率、扫描速度、层提升等成形参数控制，经过增材制造工艺形成的钛合金零件结构和性能更加稳定。
[0023]可选的，在上述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺中，激光打印装置包括送料喷嘴，送料喷嘴包括用于第一成形体成形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，其特征在于，包括增材制造设备，所述增材制造设备包括密封的成形仓、保护气体供给系统、控制系统以及激光打印装置，所述激光打印装置内设置有两种不同材料的打印原料，所述复合增材制造工艺包括：提供曲面基板支撑架，将所述曲面基板支撑架置于所述成形仓内，通过保护气体供给系统朝所述成形仓内通入保护气体；使用三维软件绘制出所要制造的曲面钛合金零件的三维实体模型，将所述三维实体模型导入所述增材制造设备的控制系统内，所述三维实体模型包括外层模型和位于所述外层模型内侧的内层模型，所述外层模型与所述内层模型形状相同；通过所述控制系统对所述三维实体模型的外层模型和内层模型进行扫描路径规划和曲面切片分层，得出增材制造时的激光扫描路径和扫描层叠结构；通过所述控制系统调整所述激光打印装置处于初始打印状态，设置所述控制系统内增材制造时的成形参数；通过所述控制系统控制所述激光打印装置，先以所述激光打印装置中两种不同材料的打印原料其中一种作为原材料，按照所述激光扫描路径和所述扫描层叠结构进行激光打印，形成所述内层模型的第一成形体；再以所述激光打印装置中两种不同材料的打印原料中的另外一种作为原材料，继续按照所述激光扫描路径和所述扫描层叠结构进行激光打印，形成所述外层模型的第二成形体；打印完毕后，所述第一成形体与所述第二成形体为一体结构并形成钛合金零件。2.根据权利要求1所述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，其特征在于，通过所述控制系统对所述三维实体模型的外层模型和内层模型进行扫描路径规划的步骤中，包括扫描方式规划，所述扫描方式规划包括扫描顺序规划和采用圆形不分区扫描方式进行扫描，所述扫描顺序规划为采用由外到内、由下至上的扫描顺序进行扫描，或者采用由内到外、由上至下的扫描顺序进行扫描。3.根据权利要求1或2所述的曲面双材料钛合金零件的复合增材制造工艺，其特征在于，通过所述控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明海，刘斌，李广生，李怡超，王振军，
申请(专利权)人：鑫精合激光科技发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：