[發(fā)明專利]大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611148359.9
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106735208B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜勇;丁利;梁廷禹;岳巍
• 申請（專利權(quán)）人: 南通金源智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

1.一種大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：構(gòu)建大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的三維數(shù)模；

S2：將所述三維數(shù)模進(jìn)行修復(fù)后，切分成適合激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)的第一數(shù)模和適合激光熔覆技術(shù)制造大尺寸結(jié)構(gòu)的第二數(shù)模；

S3：對所述第一數(shù)模進(jìn)行懸臂分析、擺放角度分析以及添加支撐分析，并在所述第一數(shù)模和第二數(shù)模的接口端面添加余量；

S4：對步驟S3中的第一數(shù)模進(jìn)行切片，轉(zhuǎn)化成二維切片信息，并將所述二維切片信息生成加工程序文件，導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成形設(shè)備中；

S5：設(shè)定所述激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形工藝參數(shù)，并將成形基板進(jìn)行毛化后裝配到激光選區(qū)熔化成形設(shè)備中，并裝配刮刀；

S6：向激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的料缸添加金屬粉末，并調(diào)整激光選區(qū)熔化成形設(shè)備的成形艙中的氧氣含量，啟動(dòng)激光選區(qū)熔化成形設(shè)備和激光熔覆設(shè)備，分別依次制備第一數(shù)模零件和第二數(shù)模零件，形成第一數(shù)模零件和第二數(shù)模零件的結(jié)合體；

S7：將所述第一數(shù)模零件和第二數(shù)模零件的結(jié)合體冷卻后進(jìn)行熱處理，對第一數(shù)模零件進(jìn)行去除基板線切割，對第二數(shù)模零件以及整體大尺寸零件的外形尺寸進(jìn)行數(shù)控加工，得到大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材。

2.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S3中所述的余量具體為沿第一數(shù)模端面水平方向單邊添加0.5～1.0mm余量，沿第一數(shù)模端面垂直方向添加1.0～1.5mm余量。

3.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S5中所述的成形工藝參數(shù)包括：激光功率為100～360W，掃描速度為500～1800mm/s，激光搭接為0.90～0.12mm，鋪粉層厚為0.02～0.06mm，補(bǔ)粉量為0.03～0.08mm，光斑補(bǔ)償系數(shù)為0.10～0.15。

4.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S5中的刮刀的下底面與基板表面的間隙不大于0.05mm。

5.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S6中所述的金屬粉末的粒度不超過62μm。

6.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S6中所述的第一數(shù)模零件的制備方法為：

根據(jù)第一數(shù)模加工程序的第一層軌跡，對成形基板上的金屬粉末選擇性熔化，熔池冷卻并凝固成實(shí)體，第一層掃面兩遍，形成第一數(shù)模部分的第一層截面；

成形缸下降單層高度，料缸上升一定高度，刮刀將粉末均勻地鋪在成形基板上，多余粉末收到回收料缸內(nèi)，激光沿加工程序軌跡掃描，直至第一數(shù)模零件成形結(jié)束。

7.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S6中所述的第二數(shù)模零件的制備方法為：

取出第一數(shù)模零件后，將帶基板的第一數(shù)模零件固定到激光熔覆設(shè)備工作平臺(tái)上，去除第一數(shù)模零件部分上端面的氧化皮以及污物；

選擇粒度為50～110μm的金屬粉末，加入到送粉器粉斗中，保證送粉器正產(chǎn)工作；

根據(jù)第二數(shù)模采用熔覆專用編輯程序軟件，編寫激光熔覆程序，調(diào)整熔覆頭，并試運(yùn)行動(dòng)作；

設(shè)定熔覆參數(shù)并調(diào)整所述激光熔覆設(shè)備中艙室的氧氣含量，開啟激光熔覆設(shè)備，送粉器側(cè)向送粉到第一數(shù)模零件上端面，激光器出光將粉末熔化，與第一數(shù)模零件上端面冶金結(jié)合，冷卻并凝固成實(shí)體，形成第二數(shù)模部分的第一層截面；

機(jī)械臂上升一層層厚高度，送粉器將粉末送到第二數(shù)模部分的第一層截面上，激光沿加工程序軌跡掃描，直至第二數(shù)模零件成形結(jié)束。

8.如權(quán)利要求7所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，所述熔覆參數(shù)包括：激光功率為1000～2500W，掃描速度為5～15mm/s，激光搭接為1.0～1.8mm，鋪粉層厚為0.20～0.60mm，光斑直徑為1.0～3.0mm，送粉器速率為200～600mg/s。

9.如權(quán)利要求1所述的大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的增材制造方法，其特征在于，步驟S7中所述的熱處理的具體操作為：

選擇溫差為±5℃的真空熱處理爐，熱處理?xiàng)l件：溫度為300～900℃，保溫時(shí)間2～6小時(shí)，真空度不低于1×10^-3MPa，隨爐冷卻到50℃以下出爐。