[發(fā)明專利]一種3D打印復合銑削的金屬件成形方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410792218.5
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104550954A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 單忠德;楊立寧;劉豐;戎文娟;劉倩
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院先進制造技術研究中心
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/115
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明屬于快速成形領域，特別涉及一種3D打印復合銑削的金屬件成形方法。

背景技術

3D打印技術基于離散/堆積的分層制造原理，利用逐漸增加材料的方法來實現(xiàn)任意復雜形狀及結構零部件或模具的一次性迅速精密制造成形，相對于傳統(tǒng)的切削加工技術，具有明顯優(yōu)勢。金屬零件3D打印成形是3D打印技術要實現(xiàn)的最重要目標，也是該技術發(fā)展的必然方向。現(xiàn)有成熟的金屬3D打印技術主要有激光選區(qū)燒結（Selective?Laser?Sintering，SLS）、選區(qū)激光熔化（Selective?Laser?Melting，SLM）、激光近凈成形（Laser?Engineering?Net?Shaping，LENS）和電子束選區(qū)熔化技術（Electron?Beam?Selective?Melting，EBSM）等，雖然國內(nèi)外在相關技術研究及設備開發(fā)方面取得了較多的成果，但仍然存在成形效率低下、技術及設備成本高、可加工材料有限等問題，目前僅航空航天及軍工領域有部分應用。相關技術及設備的規(guī)模化應用亟待解決。

多金屬噴射沉積3D打印成形技術以最少的工序，直接從液態(tài)金屬制造近終形零件，具有設備及運行成本低、可成形材料范圍廣、制造過程工序少等優(yōu)點。同時，采用該技術進行金屬件成形過程中，由于熔融金屬流動性較好及臺階效應等，導致成形件表面質量不高。精密銑削是較成熟的一種金屬零部件加工技術，并廣泛應用于金屬零部件的表面精加工處理，所加工表面具有尺寸精度高，質量好等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，將多金屬噴射沉積3D打印成形技術與精密銑削技術進行有效復合，并提供一種3D打印復合銑削的金屬件成形方法，該方法適用于具有復雜內(nèi)腔結構及多材料復合金屬件的快速、高效、低成本制造。方法具體實施步驟如下：

①?首先通過建模軟件建立預成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對模型進行分層處理并得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件再被轉換成能夠直接被成形設備所識別的成形路徑驅動信號文件；

②?噴射沉積成形設備在成形路徑驅動信號控制下進行液態(tài)金屬的逐層沉積成形；

③?銑削加工系統(tǒng)必要時在成形路徑驅動信號控制下對當前沉積層進行銑削精整加工；

④?通過逐層的噴射+銑削精整加工過程，最終得到預成形金屬件。

進一步地，所述液態(tài)金屬的噴射沉積3D打印過程中，各層及每一層不同區(qū)域可以采用相同或不同金屬材料進行沉積成形，實現(xiàn)包含有不同種材料金屬零部件的柔性制造，滿足零部件的使用和性能要求。

進一步地，所述銑削精整加工過程根據(jù)預成形金屬件的結構特點，可以是每一層噴射沉積完后便轉換工位進行銑削，也可以是噴射沉積完若干層后再進行銑削精整加工。

進一步地，所述復合成形過程可以根據(jù)預制金屬件的結構特點，采用逐層反復噴射沉積+銑削精整的方法，在層與層之間以及每一層上不同區(qū)域成形出復雜的細微結構。

附圖說明

圖1為本發(fā)明3D打印復合銑削的金屬件成形方法工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明3D打印復合銑削的金屬件成形方法裝置示意圖。

圖3為采用本發(fā)明3D打印復合銑削的金屬件成形方法進行多材料金屬件成形過程示意圖。

圖4為采用本發(fā)明3D打印復合銑削的金屬件成形方法進行具有微結構金屬件成形過程示意圖。

具體實施方法

以下結合附圖對采用本發(fā)明一種3D打印復合銑削的金屬件成形方法進行金屬件制造的過程進行詳細說明。

本發(fā)明方法具體實施步驟如下。

1、模型建立及數(shù)據(jù)處理：首先建立預成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對三維模型進行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件被轉換成能夠直接被成形設備所識別的掃描驅動信號文件；

2、噴射沉積成形金屬材料1（或2）：噴頭1在成形路徑驅動信號控制下按照第一層成形路徑規(guī)劃，向成形平臺上噴射沉積液態(tài)金屬材料1（或2）；

3、工位轉換：通過成形平臺移動將第一層成形金屬1（或2）由噴射沉積成形工位轉換到銑削精整工位；

4、銑削精整：銑刀在驅動信號控制下對第一層成形金屬1（或2）進行表面銑削精整處理和微結構加工；

5、工位轉換：通過成形平臺移動將第一層成形金屬1（或2）由銑削精整工位轉換到噴射沉積成形工位；

6、噴射沉積成形金屬材料2（或1）：噴頭2（或1）在掃描驅動信號控制下按照第一層掃描路徑規(guī)劃，向成形平臺上噴射沉積液態(tài)金屬材料2；