一种钨及钨合金光栅的3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，具体包括：(1)粉末选取和混合；(2)安装基板；(3)模型处理；(4)建立支撑；(5)模型切片；(6)激光扫描路径的选择；(7)打印工件；(8)热处理；(9)切割工件；(10)去除毛刺；(11)清洗烘干。本发明专利技术采用一套严格的激光3D增材制造及后处理方法，包括选粉、打印、热处理、表面处理等工序，整个过程中各种因素相互交叉影响，能够批量生产高精密的2D

【技术实现步骤摘要】
一种钨及钨合金光栅的3D打印方法


[0001]本专利技术涉及
，具体是一种钨及钨合金光栅的3D打印方法。

技术介绍

[0002]CT机X射线探测器是检查成像的核心部件，是CT机整机性能保证和生产成本控制的关键步骤和技术。CT机X射线探测器由X射线准直器、准直器支架和光电转换模块三个主要部分构成。其中的X射线准直器，多年来一直沿用1D的结构形式。该结构采用传统粉末冶金制备和深加工技术和精密组装技术，可以满足常规的一般医疗需求，但随着医疗高端影像行业发展和高精度诊疗的需求，快速精确识别和诊疗，需要更精密的准直格栅，X射线准直器格栅开始从1D向2D的升级换代。目前市场上2D准直格栅主要采用金属3D打印方法。该方法虽然在加工复杂的2D
‑
W/W合金光栅零件上有着巨大的优势，但是由于2D准直格栅的特殊性和高精度要求(W的熔点极高3422℃，壁厚只有0.08mm，位置和形位精度要求在0.015mm以内，致密度＞97％)，因此常规的金属3D打印方法存在很多问题：比如产品内应力过大，易使产品产生开裂、扭曲、变形等缺陷；比如2D准直器内孔存在大量毛刺，将影响X射线的穿透均匀性；又比如打印件的精密加工，不合适的切割工艺，导致产品的加工变形和加工精度差；以上问题都极大地影响了产品的良率，进而导致生产成本居高不下。
[0003]综上所述，现有普通机械加工制造的方法无法生产该复杂光栅。此外，现有金属3D打印方法生产难度大，稳定性差。这是因为其综合指标0.08
‑
0.1mm壁厚、形位公差小于0.015mm、致密度＞97％等要求非常高。具体存在以下难点：
[0004]难点1∶容易破损开裂。3D打印钨及钨合金格栅由0.08
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0.25mm薄壁交叉，组合而成网格结构，部分产品上带有安装结构(耳朵结构，为实体)，网格部分较薄，强度低，有一定脆性。
[0005]难点2：裂纹、开裂、扭曲。耳朵部分与网格部分差异大，其中耳朵部分全实体结构，强度高，而网格部分则正好相反。两者内部应力不一，结合起来易产生搭接处裂纹、开裂、扭曲等问题，导致产品成品率低。
[0006]难点3：现有金属3D打印方法打印的壁厚受激光光斑的大小、打印路径、球形粉末粒径等设置有关，受技术限制目前的金属3D打印市场上无法做到壁厚＜0.1mm，且位置精度＜0.015mm的高致密钨/钨合金制品。
[0007]难点4：金属3D打印制品的毛刺难以处理，上千个细孔中(1*1*30mm)内壁上粘接残留大量的粉末，通常都在20微米以上，一般的处理方法很难将内壁处理干净，这将直接影响到X射线穿透细孔的效率，继而影响产品的使用功能性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
[0011]S1.粉末选取和混合：选取粒度小于5μm和5
‑
45μm且粒度皆呈正态分布的两种钨或钨合金粉末，对两种钨或钨合金粉末进行混合，使得两种钨或钨合金粉末中的不同大小和不同材质的颗粒分布均匀，得到混合粉末；
[0012]S2.安装基板：选取高热稳定性材质的基板，将基板固定安装在3D打印机打印平台上，并分别对基板和混合粉末进行预热；
[0013]S3.模型处理：依据所打印的钨及钨合金光栅的模型或结构图建立3D模型，并将所建立的3D模型拆分成网格部分和实体部分，并分别另存为网格部分模型文件和实体部分模型文件；
[0014]S4.建立支撑：将经步骤S3处理好的3D模型导入3D打印软件，并将3D模型放置于3D打印软件的虚拟打印平台上，并摆正，使得3D模型的底面与虚拟打印平台之间具有5mm的间隙，然后在所述的间隙内添加支撑；
[0015]S5.模型切片：设置打印参数为：层厚为0.02
‑
0.06mm，扫描速度为300
‑
800mm/s，3D打印机的激光功率为120
‑
200W，3D打印机的激光扫描速度为800
‑
1200mm/s，设置好打印参数后进行切片；
[0016]S6.激光扫描路径的选择：针对钨及钨合金光栅的网格部分采用轮廓路径和阻塞路径，针对钨及钨合金光栅的实体部分采用近似于阿基米德螺旋线的回形路径；
[0017]S7.打印工件：将切片完成后所形成的JOB文件导入3D打印机，调整好3D打印机，将预热好的干燥混合粉末装填到3D打印机的粉仓中，开始3D打印；
[0018]S8.热处理：将3D打印完成的工件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中进行热处理；
[0019]S9.切割工件：采用慢走丝线切割方式贴着基板表面将热处理后的工件切割下；
[0020]S10.去除毛刺：采用装夹工装，竖直装夹切割下的工件，使得所述工件呈上下通透设置，对工件进行喷砂处理或者磨粒流处理，去除去除工件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺；
[0021]S11.清洗烘干：对去除毛刺后的工件进行超声波清洗和烘干。
[0022]进一步的，所述的步骤S1中，采用三维混料机对两种钨或钨合金粉末进行混合，混合时间为2
‑
8h，三维混料机的转速为5
‑
20r/min；粒度小于5μm的钨或钨合金粉末与粒度为5
‑
45μm的钨或钨合金粉末的混合比例为1∶(5
‑
10)。
[0023]进一步的，所述的步骤S2中，基板的材质选用纯钼、钼合金、纯钨、钨合金、纯锆或锆合金。
[0024]进一步的，所述的步骤S2中，开启基板底部自带的电加热装置对基板进行预热，预热温度为150
‑
400℃，预热时间为30
‑
120min；将混合粉末送入干燥箱中进行预热，预热温度为100
‑
120℃，时间为60
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80min。
[0025]进一步的，所述的步骤S6中，相邻回形路径之间的间隔为2
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5丝。
[0026]进一步的，所述的步骤S8中，热处理温度为500
‑
1500℃，保温时间为1
‑
10h。
[0027]进一步的，所述的步骤S10中，喷砂处理采用300
‑
1500目的SiC、氧化铝或金刚石为磨料，磨料的浓度为1
‑
50％，进气压强为0.1
‑
0.6Mpa，喷砂处理时间为2
‑
60min。
[0028]进一步的，所述的步骤S10中，所述的装夹工装包括有相固定连接的上工装和下工
装，所述下工装的内部设有贯穿其上下端面的定位腔，用于装夹所述的工件，所述上工装的内部设有贯穿其上下端面且与所述定位腔相通的磨料流道，上工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1.粉末选取和混合：选取粒度小于5μm和5
‑
45μm且粒度皆呈正态分布的两种钨或钨合金粉末，对两种钨或钨合金粉末进行混合，使得两种钨或钨合金粉末中的不同大小和不同材质的颗粒分布均匀，得到混合粉末；S2.安装基板：选取高热稳定性材质的基板，将基板固定安装在3D打印机打印平台上，并分别对基板和混合粉末进行预热；S3.模型处理：依据所打印的钨及钨合金光栅的模型或结构图建立3D模型，并将所建立的3D模型拆分成网格部分和实体部分，并分别另存为网格部分模型文件和实体部分模型文件；S4.建立支撑：将经步骤S3处理好的3D模型导入3D打印软件，并将3D模型放置于3D打印软件的虚拟打印平台上，并摆正，使得3D模型的底面与虚拟打印平台之间具有5mm的间隙，然后在所述的间隙内添加支撑；S5.模型切片：设置打印参数为：层厚为0.02
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0.06mm，扫描速度为300
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800mm/s，3D打印机的激光功率为120
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200W，3D打印机的激光扫描速度为800
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1200mm/s，设置好打印参数后进行切片；S6.激光扫描路径的选择：针对钨及钨合金光栅的网格部分采用轮廓路径和阻塞路径，针对钨及钨合金光栅的实体部分采用近似于阿基米德螺旋线的回形路径；S7.打印工件：将切片完成后所形成的JOB文件导入3D打印机，调整好3D打印机，将预热好的干燥混合粉末装填到3D打印机的粉仓中，开始3D打印；S8.热处理：将3D打印完成的工件连同基板一起置于氢气气氛保护炉中进行热处理；S9.切割工件：采用慢走丝线切割方式贴着基板表面将热处理后的工件切割下；S10.去除毛刺：采用装夹工装，竖直装夹切割下的工件，使得所述工件呈上下通透设置，对工件进行喷砂处理或者磨粒流处理，去除去除工件的孔壁毛刺以及切割产生的切割毛刺；S11.清洗烘干：对去除毛刺后的工件进行超声波清洗和烘干。2.根据权利要求1所述的一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，其特征在于：所述的步骤S1中，采用三维混料机对两种钨或钨合金粉末进行混合，混合时间为2
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8h，三维混料机的转速为5
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20r/min；粒度小于5μm的钨或钨合金粉末与粒度为5
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45μm的钨或钨合金粉末的混合比例为1∶(5
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10)。3.根据权利要求1所述的一种钨及钨合金光栅的3D打印方法，其特征在于：所述的步骤S2中，基板的材质选用纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：余伟，徐林，王涛，郁兀斌，陆文杰，刘文胜，曹冬冬，韩道镜，袁江胜，胡忠娟，廖晓荣，朱晓峰，仇治勤，唐开龙，罗建军，时晓明，
申请(专利权)人：安庆瑞迈特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：