本发明专利技术涉及一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，属于3D打印技术领域。本发明专利技术提供一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，并应用该方法设计并打印金属3D打印的系列模型，模型变更的因素为三种对应力敏感的形状因素，分别为零件尖角∠α1、零件底平面夹角∠α2、样品与底平面的R角，通过打印系列模型来寻找该材料在打印过程中不开裂的设计边界，且针对不同材料采用相同模型来对比材料的抗应力开裂能力。对比材料的抗应力开裂能力。对比材料的抗应力开裂能力。
【技术实现步骤摘要】
一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，属于3D打印
技术介绍
[0002]在金属激光增材制造过程中，由于制造工艺本身急冷急热的特性会使得工件承受较大的宏观应力，例如材料多层多道循环加热及冷却，同时在非均匀温度梯度下因基板的约束和零件变形受到限制，形成较大的热应力，以及对于合金材料，经历非平衡凝固、非平衡相和组织转变，容易产生复杂的组织相变应力等。这些应力较大时，将导致零件产生宏观变形和开裂趋势，变形和开裂一般出现在零件尖角/拐角/台阶等易应力集中处，随着打印的产品尺寸及材料体系的变化，其变形和开裂程度也随之改变，一方面是工件的尺寸和特征形状(如尖角/拐角/台阶形状及位置等)部分决定了应力的大小，另一方面，工件材料的力学性能也决定其是否能在一定程度上抵抗宏观变形和开裂，这两方面综合因素最终决定了工件变形及开裂状态。
[0003]目前，关于评估金属激光增材制造过程中材料抗应力开裂风险的量化方法及标准尚空缺，无法准确判定实际打印工况下工件的薄弱区域是否存在开裂情况，因此，本
迫切需要一种适用于评估金属3D打印材料抗宏观应力开裂性能的方法，其可量化某种材料的设计边界，或针对不同材料的抗宏观应力开裂能力进行对比排序，对材料研发及实际产业化应用具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为解决如何获得一种适用于评估金属3D打印材料抗宏观应力开裂性能的方法的技术问题，该方法可量化某种材料的设计边界，或针对不同材料的抗宏观应力开裂能力进行对比排序。
[0005]为达到解决上述问题的目的，本专利技术所采取的技术方案是提供一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：根据对应力敏感的N个形状因素，设计并打印具有M个相似形状的一个模型，模型的M个形状中的每个形状都包括N个形状因素；所述形状因素包括尖角角度、斜面角度或拐角处R角；模型数量包括N个；
[0007]步骤2：在一个模型一的M个形状中将形状因素一设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；评估模型一的M个形状，获得所述形状因素一在打印过程中不开裂的设计边界，并确定所述形状因素一的临界开裂值和临界安全值；
[0008]步骤3：在后续模型二的设计和打印时，将步骤二中的形状因素一设为临界安全值，将另一个形状因素二设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；评估模型二的M个形状，获得所述形状因素二在打印过程中不开
裂的设计边界，并确定所述形状因素二的临界开裂值和临界安全值；
[0009]步骤4：依此类推，在后续的模型设计和打印时，应用已知的形状因素临界开裂值或临界安全值，将未知的一形状因素X设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；逐一评估后续模型的M个形状，获得形状因素X在打印过程中不开裂的设计边界，并确定形状因素X的临界开裂值和临界安全值；
[0010]步骤5：最终获得N个形状因素在打印过程中不开裂的设计边界，并确定N个形状因素的临界开裂值和临界安全值。
[0011]本专利技术提供一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法的应用。
[0012]优选地，所述应用包括针对不同材料采用相同模型来对比材料的抗开裂能力。
[0013]本专利技术提供根据上述的一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法构建的模型，根据对应力敏感的3个形状因素，设计并打印具有5个相似形状的一个模型；所述模型包括3个子模型，分别为模型A、模型B和模型C；模型均包含一直径为Φ1，高度为H1的圆柱形底座，圆柱形底座的上端面设为一直径为Φ1的圆形平面；圆形平面上设有一高度为H2的五角星，五角星在圆形平面上的五个角的顶点位于一直径为Φ2的圆的圆周上，且五个顶点将直径为Φ2的圆的圆周分隔为五等分圆；五角星的中心与直径为Φ1的圆以及直径为Φ2的圆的中心重合；所述形状因素分别为五角星在直径为Φ1的圆形平面上的尖角∠α1、五角星在直径为Φ1的圆形平面上的尖角的顶点处的棱线与圆形平面的夹角∠α2以及所述棱线与圆形平面交界处的倒R角。
[0014]优选地，所述模型A中∠α2为90
°
，R角为0，∠α1分别为30
°
，45
°
，60
°
，75
°
和90
°
；打印模型A后金相观察5个角的开裂情况，从而获得∠α1临界开裂值∠α
1c
和临界安全值∠α
1k
。
[0015]优选地，所述模型B中∠α1为∠α
1k
，R角为0，∠α2分别为60
°
，65
°
，70
°
，75
°
和80
°
；打印模型B后金相观察5个角的开裂情况，从而获得∠α2的临界开裂值∠α
2c
和临界安全值∠α
2k
。
[0016]优选地，所述模型C中∠α1为∠α
1c
，∠α2为∠α
2c
，R角为0.2，0.4，0.6，0.8和1mm，打印模型C后金相观察5个角的开裂情况，从而获得R角的临界开裂值R
c
和临界安全值R
k
。
[0017]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0018]通过本专利技术可以通过系列模型寻找到在一定大小的打印尺寸内该材料的开裂临界条件，并评估工件的开裂风险。针对不同材料，可以采用同一尺寸参数的模型进行打印，获取开裂的临界值，从而比较两种或多种材料的抗开裂能力，以及不同材料对不同形状因素的敏感情况。
附图说明
[0019]图1为模型内三种对应力敏感的形状因素∠α1、∠α2、R角的标记。
[0020]图2为模型A其形状因素为零件尖角∠α1，∠α2＝90
°
、R＝0。
[0021]图3为模型B其形状因素为零件底平面夹角∠α2，∠α1为一特定角度、R＝0。
[0022]图4为模型C其形状因素为样品与底平面的R角，∠α1为一特定角度，∠α2为一特定角度。
[0023]图5为实施例1的模型A。
[0024]图6为实施例1的模型B。
[0025]图7为实施例1的模型C。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
[0027]如图1
‑
7所示，本专利技术所采取的技术方案是提供一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，包括以下步骤：
[0028]步骤1：根据对应力敏感的N个形状因素，设计并打印具有M个相似形状的一个模型，模型的M个形状中的每个形状都包括N个形状因素；所述形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据对应力敏感的N个形状因素，设计并打印具有M个相似形状的一个模型，模型的M个形状中的每个形状都包括N个形状因素；所述形状因素包括尖角角度、斜面角度或拐角处R角；模型数量包括N个；步骤2：在一个模型一的M个形状中将形状因素一设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；评估模型一的M个形状，获得所述形状因素一在打印过程中不开裂的设计边界，并确定所述形状因素一的临界开裂值和临界安全值；步骤3：在后续模型二的设计和打印时，将步骤二中的形状因素一设为临界安全值，将另一个形状因素二设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；评估模型二的M个形状，获得所述形状因素二在打印过程中不开裂的设计边界，并确定所述形状因素二的临界开裂值和临界安全值；步骤4：依此类推，在后续的模型设计和打印时，应用已知的形状因素临界开裂值或临界安全值，将未知的一形状因素X设为分别对应M个形状的M个不同的量化的值，而其他的形状因素设为具有相同的量化的值；逐一评估后续模型的M个形状，获得形状因素X在打印过程中不开裂的设计边界，并确定形状因素X的临界开裂值和临界安全值；步骤5：最终获得N个形状因素在打印过程中不开裂的设计边界，并确定N个形状因素的临界开裂值和临界安全值。2.根据权利要求1所述的一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法的应用。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述应用包括针对不同材料采用相同模型来对比材料的抗开裂能力。4.根据权利要求1所述的一种用于评估金属3D打印材料抗应力开裂性能的方法构建的模型，其特征在于，根据对应力敏感的3个形状因素，设计并打印具有5个相似形状的一个模型；所述模型包括3个子模型，分别为模型A、模型B和模型C；模型均包含一直径为Φ1，高度为H1的圆柱形底座，圆柱形底座的上...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗璐颖，于鹏超，赵煦文，周文星，张国良，
申请(专利权)人：上海镭镆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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