一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法技术

本发明专利技术总体上属于激光选区熔化成形技术领域，特别涉及一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法。然而对于与成形方向不平行的异形孔而言，由于激光选区熔化成形过程存在较大的温度梯度，易造成已固化材料产生热变形，影响异形孔的成形精度。本发明专利技术通过在零件数模的异形孔内添加实体结构，对所添加的实体结构外表面设置适当的工艺参数，使异形孔内的实体结构在激光选区熔化成形后与所需制备的零件本体具有较低的结合力，待成形完成后，手动去除添加在异形孔内的实体结构，获得具有较高尺寸精度的异形孔。有效解决激光选区熔化成形过程中小尺寸异形孔尺寸精度的控制难题，操作简单可行，大幅度提高了高密度异形孔结构的制备效率。制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法


[0001]本专利技术总体上属于激光选区熔化成形
，特别涉及一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法。

技术介绍

[0002]激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。激光选区熔化成形使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度(可达 0.1mm)以及优异的表面质量(粗糙度Ra可达30～50μm)，制造成本可降低20％～ 40％，生产周期也将缩短80％。
[0003]然而对于与成形方向不平行的异形孔而言，由于激光选区熔化成形过程存在较大的温度梯度，易造成已固化材料产生热变形，影响异形孔的成形精度。此外，由于在成形过程中，异形孔的某些部位必然属于悬垂结构，缺乏对实体结构的有效支撑，从而造成变形。
[0004]针对激光选区熔化成形尺寸精度的控制方法一般采用添加成形辅助支撑的方法，即在悬垂结构的下方添加成形辅助支撑，用来支撑实体结构的成形，同时控制异形孔的变形。然而针对小尺寸异形孔，成形过程中添加辅助支撑，在成形后难以去除。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述问题，提供了一种小尺寸异形孔激光选区熔化成形尺寸精度的控制方法，通过在零件数模的异形孔内添加实体结构，对所添加的实体结构外表面设置适当的工艺参数，使异形孔内的实体结构在激光选区熔化成形后与所需制备的零件本体具有较低的结合力，待成形完成后，手动去除添加在异形孔内的实体结构，获得具有较高尺寸精度的异形孔。
[0006]本专利技术在一个方面，提供了一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、三维CAD建模
[0008]建立待制备零件的三维CAD模型，并在零件数模的小尺寸异形孔区域内添加实体结构模型，该实体结构模型完全填充所述小尺寸异形孔；
[0009]S2、模型切片处理
[0010]在成形高度方向对CAD模型和实体结构模型进行水平分层切片处理，并获得实体结构模型与CAD模型在切片上的交线轮廓线；
[0011]S3、设置激光选区熔化成形工艺参数
[0012]对三维CAD模型和实体结构模型的成型工艺参数进行设置，以及对由交线轮廓线构成的轮廓面进行成型工艺参数设置，其中轮廓面的成型工艺参数需满足实体结构在激光选区熔化成形后与所需制备的零件具有较低的结合力；
[0013]S4、利用激光选区熔化成形系统按照所设置的工艺参数开始成形；
[0014]S5、待成形完成后，去除零件异形孔内的实体结构，获得包含小尺寸异形孔的零件。
[0015]有利或可选地，交线轮廓线的成型工艺参数使得在交线轮廓线处的成型材料具有较低的致密性。
[0016]有利或可选地，通过手动方式去除零件异形孔内的实体结构。
[0017]有利或可选地，所述三维CAD模型和实体结构模型的成型工艺参数一致。
[0018]有利或可选地，在轮廓面处的激光功率为所述三维CAD模型和实体结构模型的激光功率的20％～60％，在轮廓面处的激光扫描速度为所述三维CAD模型和实体结构模型激光扫描速度的100％～200％。
[0019]有利或可选地，交线轮廓线的宽度为0.1～0.5mm。
[0020]有利或可选地，在零件数模的小尺寸异形孔区域内添加实体结构模型，该实体结构模型可以突出零件表面1mm以内。
[0021]有利或可选地，在成形高度方向对CAD模型和实体结构模型进行水平分层切片厚度为30～80μm。
[0022]有益效果：本专利技术提供了一种小尺寸异形孔激光选区熔化成形尺寸精度的控制方法，首先通过在异形孔内添加实体结构，既可将异形孔周围零件在成形过程中产生的热量快速传导出去，降低温度梯度，减小热变形，又可利用实体结构本身的弹性性质约束异形孔的热变形，保证异形孔成形的尺寸精度。
[0023]在激光选区熔化成形过程中，采用合适的工艺参数，使异形孔实体结构的表面与零件本身具有较低的结合力，由于有实体结构的存在，严格保证了异形孔的尺寸精度。另外，可采用手工方法去除异形孔中的实体结构，去除过程简单，能极大提高具有高密度异形孔的结构的制备效率。
[0024]本专利技术能有效解决激光选区熔化成形过程中小尺寸异形孔尺寸精度的控制难题，操作简单可行，大幅度提高了高密度异形孔结构的制备效率。
[0025]已经讨论的特征、功能和优点可在各种示例中独立实现，或者可以在其他示例中进行组合。可参照以下描述看出示例的其他细节。
具体实施方式
[0026]将更充分地描述所公开的示例。事实上，可描述许多不同的示例并且这些示例不应该被解释为限于本文中阐述的示例。相反，描述这些示例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本公开的范围充分传达给本领域的技术人员。
[0027]激光选区熔化成形航空发动机火焰筒高密度异形孔的精确加工方法，包括以下步骤：
[0028](1)建立航空发动机火焰筒的三维CAD模型，并在火焰筒数模上小型异形孔内添加与异形孔形状一致的实体结构。
[0029](2)在成形高度方向对添加有异形孔实体结构的火焰筒CAD模型进行分层切片处理，同时获得异形孔实体结构的外表面与切片的交线轮廓线。
[0030](3)选择激光选区熔化成形设备中包含的GH3536高温合金成形工艺参数包，典型
成形工艺参数为：激光功率：235W，扫描速度：1100mm/s，作为成形区域的成形工艺参数。
[0031](4)对步骤(2)所述的交线轮廓线设置激光选区熔化成形工艺参数。激光功率：150W，激光扫描速度：1300mm/s。
[0032](5)将步骤(2)、(3)和(4)的信息导入激光选区熔化成形系统中，系统按照所设置的工艺参数开始成形。
[0033](6)待成形完成后，取出零件。
[0034](7)手动去除异形孔内的实体结构，获得激光选区熔化成形航空发动机火焰筒。
[0035]已出于例示和描述的目的展示了对不同有利布置的描述，但是该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的示例。许多修改形式和变化形式对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。另外，不同的有利示例可描述与其他有利示例相比不同的优点。选择和描述所选择的一个示例或多个示例，以便最佳地说明示例的原理、实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开有进行了适于所料想特定使用的各种修改的各种示例。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有小尺寸异形孔零件的激光选区熔化成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、三维CAD建模建立待制备零件的三维CAD模型，并在零件数模的小尺寸异形孔区域内添加实体结构模型，该实体结构模型完全填充所述小尺寸异形孔；S2、模型切片处理在成形高度方向对CAD模型和实体结构模型进行水平分层切片处理，并获得实体结构模型与CAD模型在切片上的交线轮廓线；S3、设置激光选区熔化成形工艺参数对三维CAD模型和实体结构模型的成型工艺参数进行设置，以及对由交线轮廓线构成的轮廓面进行成型工艺参数设置，其中轮廓面的成型工艺参数需满足实体结构在激光选区熔化成形后与所需制备的零件具有较低的结合力；S4、利用激光选区熔化成形系统按照所设置的工艺参数开始成形；S5、待成形完成后，去除零件异形孔内的实体结构，获得包含小尺寸异形孔的零件。2.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形方法，其特征在于：交线轮廓线的成型工艺参数使得在交线轮廓线处的成型材料具有较低...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，吴宇，孙兵兵，赵梓钧，高超，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：