[發明專利]PDC鉆頭模具3D打印制作方法

在審

• 申請號: 201611063149.X
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106735192A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 姚建林;李勇;馮明;何超;付曉平;李雷
• 申請（專利權）人: 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: B22F3/10
• 分類號: B22F3/10;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 毛光軍

技術領域

本發明涉及一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，用于PDC鉆頭模具的打印制作，屬于石油天燃氣、礦山工程、建筑基礎工程施工、地質、水文等鉆探設備技術領域。

背景技術

模具成型是胎體PDC鉆頭制造中的一個重要環節，也是準確實施鉆頭設計的關鍵，模具成型精度及質量直接影響成品PDC鉆頭的性能。在PDC鉆頭新產品開發過程中，需要反復修改驗證鉆頭各設計參數，而模具多次成型的時間直接影響新產品的開發周期。

為解決PDC鉆頭模具成型困難，精度要求高的難題，一直在尋求有效地解決辦法。目前，常用的模成型工藝主要有2種：①傳統的機械加工與手工相結合；②數控加工。傳統機械加工是采用銑齒、修補、組合等方法進行模具加工，加工過程工人手工操作量大，精度與效率受限于工人技術水平與熟練程度，難以滿足布齒要求越來越高的PDC鉆頭設計。數控加工雖然能夠滿足模具精度要求，但是在復雜曲面模具加工，尤其是深型腔加工過程中需要分模，單個加工并組合，對編程人員的技術水平有較高要求，由于是組合模具，精度也受到一定的影響，且加工成本較高。

目前，《3D打印技術在PDC鉆頭模具成型中的應用》一文，提到在3D打印技術應用于PDC鉆頭模具成型，其工作原理是打印出鉆頭生產的模具母模，再利用軟膜成型工藝的橡膠翻制用于生產的橡膠公模，最后利用翻制的橡膠公模翻制用于生產的陶瓷燒結模具，其工藝需要兩次轉換才能得到用于生產的燒結模具，而且經過兩次軟膜成型工藝轉化模具的由于是采用橡膠有彈性收縮性，對模具精度有較大影響，工藝也相對繁瑣。

專利CN 104353833 A《一種PDC 鉆頭體的3D 打印制造方法》一文，提到一種PDC鉆頭體3D打印制造方法，其原理是應用3D打印技術直接打印出PDC鉆頭的鉆頭體，相當于直接3D打印出PDC鉆頭的鉆頭體金屬材質的模型，PDC鉆頭作為石油天然氣勘探鉆井的主要鉆探工具，地下地層巖性復雜，為保證井下鉆井安全要求鉆頭具有足夠的強度，而3D打印的鉆頭體通過逐層粉末加熱融化成型其強度還不能滿足井下復雜的環境狀況，因此說3D打印鉆頭體只是打印出金屬材質的鉆頭體模型，而不能應用于實際的石油天然氣鉆井生產。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述問題，提供一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法。本發明利用3D打印技術直接打印用于胎體鉆頭燒結的燒結模具，模具可以直接用于燒結鉆頭，模具成型精度高，不需要其它轉化程序。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種PDC鉆頭模具3D打印制作方法，其特征在于，由如下步驟組成：

（1）建立PDC鉆頭模具的三維模型；

（2）將三維模型處理成3D打印機能識別的STL數據格式的三維模型；

（3）對STL數據格式的三維模型進行模型診斷，將診斷后的三維模型輸入3D打印機；

（4）3D打印機對診斷后的三維模型進行分層處理；

（5）設置分層處理后的三維模型的指標，再進行PDC鉆頭模具的打印；

（6）將打印好的PDC鉆頭模具依次進行剝離支撐材料、打磨和幾何尺寸檢驗，即完成PDC鉆頭模具3D打印制作。

所述步驟（3）中采用Geomagic Studio、ZEdit Pro或3-MATIC軟件對STL數據格式的三維模型進行模型診斷。

所述步驟（5）中，三維模型的指標包括厚度、模型內部填充類型、單位尺寸、比例大小、其它打印工藝參數、3D打印機性能、打印材料和模具精度要求。

所述步驟（5）中的打印材料為覆膜砂。

采用本發明的優點在于：

一、利用3D打印技術可以制作任意復雜曲面形狀的模具，將該技術引入PDC鉆頭模具制造，加工鉆頭基礎模具用于鉆頭制造，改進了傳統模具加工工藝，實現了復雜結構及唇面形狀的PDC鉆頭高效研發。解決了現有技術中手工操作量大、精度與效率受限于工人技術水平與熟練程度，難以滿足布齒要求越來越高的PDC鉆頭設計，精度受到影響，加工成本較高的問題。

二、采用本發明，簡化了加工工序，可直接由CAD模型驅動設備打印，無需銑削操作，可降低工時，提高效率。

三、能夠應用于結構復雜的鉆頭，且無需分模編程，對技術人員無特殊技能要求，縮短新產品開發周期，提高工作效率。

四、3D打印技術制作的基礎模具能夠在精度、強度以及表面光潔度等方面滿足鉆頭設計要求，且精度高于普通工藝加工的模具。

五、后期處理工序主要是提高模具本質強度、美化外觀、對原型件缺失進行修補和修復，提高表面質量。