[發明專利]一種超長金屬件的3D打印、熱處理一體化加工方法

在審

• 申請號: 201710572858.9
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107511481A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 傅山泓
• 申請（專利權）人: 廣州雄俊智能科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;C22F1/02;C22F1/18;C21D1/18;C21D1/773;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 廣州中浚雄杰知識產權代理有限責任公司44254
• 代理人: 劉剛成

技術領域

本發明涉及3D打印領域，具體涉及一種超長金屬件的3D打印、熱處理一體化加工方法。

背景技術

3D打印技術適合于原型制造，尤其是單件或小批量生產。金屬3D打印機均因為金屬基板的尺寸一定，對于軸線長度大于基板長度的金屬件無法生產 缺點是 因為一件3D打印技術適合于原型制造，尤其是單件或小批量生產。可以生產或幾件超長件的生產而重新購置大型號的3D打印機，經濟性上沒有優勢，甚至造成設備閑置和浪費。同時金屬件先在3D打印機上打印成型，之后將金屬件從3D打印機基板上切下，并進行真空熱處理，缺點是 3D打印技術可以生產形狀特殊，厚度變化大的金屬件，但因為3D打印技術是金屬微粉逐層熔融凝結形成，金屬件的基體組織不致密、機械性能不高，需要后續熱處理來調整基體組織結構，提高機械性能。熱處理殘余力是指工件經熱處理后最終殘存下來的應力,對工件的形狀、尺寸和性能都有極為重要的影響。當它超過材料的屈服強度時;便引起工件的變形,超過材料的強度極限時就會使工件開裂,這是它有害的一面,應當減少和消除。但在一定條件下控制應力使之合理分布,就可以提高零件的機械性能和使用壽命,變有害為有利。但是因為3D打印金屬件通常形狀特殊、厚度變化，在熱處理過程中的熱應力會導致金屬件變形，使金屬件喪失了3D打印能夠成型特殊形狀的優勢。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種在設備空間限制下生產超長金屬件時能充分利用現有設備的空間和能力，避免重復購置設備而導致閑置和浪費的超長金屬件的3D打印、熱處理一體化加工方法。

為了解決上述技術問題，本發明包括以下步驟：

（1）設計3D打印方案使金屬件位于金屬基板的上方，在金屬件和金屬基板之間設置2個或2個以上金屬支撐體連接金屬件和金屬基板，金屬件的長軸沿著金屬基板的對角線設置；

（2）使用金屬3D打印機按照3D打印方案在金屬基板上逐層打印金屬支撐體和金屬件；

（3）3D打印完成后，將金屬件、金屬支撐體和金屬基板整體取出，清除表面殘余的金屬粉末；

（4）將金屬件、金屬支撐體和金屬基板整體進行真空熱處理，真空熱處理工藝按照金屬件的真空熱處理工藝確定；

（5）去除金屬件上的金屬支撐體，并打磨拋光金屬件為成品；

（6）去除金屬基板上的金屬支撐體，并打磨拋光金屬基板備用。

作為本發明的進一步改進，在所述步驟（1）中，建立金屬件與金屬基板的STL模型，在STL模型中，根據支撐設計的參數，比如支撐面角度，最大非支撐面面積，最大非支撐懸臂長度等，提取支撐面，通過STL模型進行的干涉計算生成金屬支撐體。

作為本發明的進一步改進，在所述步驟（1）中，金屬支撐體在金屬件的投影面上均勻分布。

作為本發明的進一步改進，在所述步驟（1）中，在金屬件厚度變化的區域設置較多的金屬支撐體。

作為本發明的進一步改進，在所述步驟（4）中，所述金屬件的材料為鈦或鈦合金，所述真空熱處理的工藝包括，第一階段熱處理，真空熱處理爐內真空度不小于10^-3Pa，從室溫升溫45-60分鐘至630-670℃，保溫45-60分鐘，升溫30-40分鐘至850-900℃，保溫4-6小時，保溫結束后立即對金屬件進行真空氣淬冷卻至20-100℃；第二階段熱處理，從20-100℃升溫35-45分鐘至530-570℃，保溫4-6小時，保溫結束后立即對金屬件進行真空氣淬冷卻至室溫。

作為本發明的進一步改進，在所述步驟（4）中，所述金屬件的材料為不銹鋼，所述真空熱處理的工藝包括，第一階段熱處理，真空熱處理爐內真空度不小于10^-1Pa，從室溫升溫45-60分鐘至630-670℃，保溫45-60分鐘，升溫30-40分鐘至850-900℃，保溫45-60分鐘，繼續升溫至1050-1100℃，保溫3-4小時，保溫結束后立即對金屬件進行真空氣淬冷卻至20-100℃；第二階段熱處理，在保護氣氛爐內從20-100℃升溫35-45分鐘至160-200℃，保溫4-6小時，出爐后冷卻至室溫。

本發明還包括以下步驟：

（1）設計3D打印方案使金屬件位于金屬基板的上方，在金屬件和金屬基板之間設置2個或2個以上金屬支撐體連接金屬件和金屬基板，金屬件的長軸沿著金屬基板及金屬基板可以垂直移動的距離并在金屬基板的上方構成的立方體的體對角線設置；

（2）使用金屬3D打印機按照3D打印方案在金屬基板上逐層打印金屬支撐體和金屬件；