[發明專利]大型零件3D打印的方法

在審

• 申請號: 201811443895.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109332851A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 穆開洪;梁賀
• 申請（專利權）人: 蘇州創浩新材料科技有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/095;B23P15/00
• 代理公司: 蘇州睿昊知識產權代理事務所(普通合伙) 32277
• 代理人: 伍見

本發明公開了一種大型零件3D打印的方法。本發明大型零件3D打印的方法，包括：所用絲材直徑0.5mm～5mm，工作臺與電弧焊槍的軌跡由輸入形貌控制的計算機程序控制；打印過程的狀態通過光學攝像儀反饋到負責形貌控制的計算機，計算機通過反饋的結果對工作臺與電弧焊槍的軌跡進行調整；根據不同金屬材料，打印高度約2～6mm后，停止電弧送絲打印，對整層打印平面進行感應加熱和超聲高頻微鍛打處理。本發明的有益效果：及時去除3D打印時零件的應力變形，無需增加過多的額外尺寸余量，避免了材料和工時的浪費，節約了生產成本，提高了生產效率，后續無需進行去應力退火，因此可以打印特大型零件。

技術領域

本發明涉及于金屬材料加工領域，具體涉及一種大型零件3D打印的方法。

背景技術

3D打印工藝是基于離散—堆積原理，由零件三維數據驅動，采用材料逐層累加的方法制造實體零件的快速成形技術。該成形方法是將產品數字化設計、制造、分析高度一體化，不僅能夠顯著縮短研發周期和研發成本，而且越是結構復雜、原材料附加值高的產品，其快速高效成形的優勢越顯著。3D打印工藝目前在模具制造、工業設計、汽車、航空航天和醫療產業、土木工程、軍事等領域都有所應用，并將逐漸取代傳統工藝。

目前大型金屬3D打印制造技術主要有：激光同軸送粉打印工藝、電子束熔化和電弧增材制造技術等。

激光同軸送粉3D打印技術是采用同步送粉方式，將金屬粉末輸送至加工點，同時高功率激光將金屬粉末熔化，按照預設軌跡逐層沉積，最終形成金屬零件。可適用于不銹鋼、工具鋼、鈦合金、鋁合金、鎳基合金、炭化鎢硬質合金、鎢鉻鈷合金、鈷鉻鉬合金、青銅合金、貴金屬合金等多種金屬材料，激光同軸送粉3D打印還能進行零件修復及表面合金化等多種加工工藝，如圖1所示。

電子束選區熔化金屬3D打印采用電子束作為能量源，在高真空環境下通過逐層熔化金屬粉末的方式制造實體部件。由于電子束的功率高、材料對電子束能量吸收率高，該技術具有制件致密度高、氧含量少、不易變形開裂、粉末耗材價格低、打印效率高等特點，在金屬材料特別是難熔難加工金屬材料的3D打印方面具備獨特優勢和應用價值，在骨科醫療、航空航天等領域應用廣泛，如圖2所示。

電弧增材制造技術以電弧為載能束，采用逐層堆焊的方式制造金屬實體構件，該技術主要基于TIG、MIG等焊接技術發展而來，成形零件由全焊縫構成，化學成分均勻、致密度高，開放的成形環境對成形件尺寸無限制，成形速率可達幾kg/h，但電弧增材制造的零件表面波動較大，成形件表面質量較低，一般需要表面二次機加工，相比激光同軸送粉、電子束增材制造，電弧增材制造技術的主要應用目標是大尺寸復雜構件的低成本、高效快速近凈成形，如圖3所示。

傳統技術存在以下技術問題：

(1)3D打印時零件應力變形大，需要增加較多的額外余量尺寸，造成一定的材料和工時的浪費，增加了生產成本，降低了生產效率，后續需要進行去應力退火，因此打印特大型零件受到了退火爐尺寸的限制；

(2)對導熱性能不同的材料，零件打印效果都有一定的缺陷，熱導率較低的TC4鈦合金打印后為網籃組織并伴有少量的魏氏過燒組織，銅合金和鋁合金等熱導率較高的材料打印時有較多的微裂紋缺陷，成形效果不理想；

(3)零件打印后經常有融合不良問題，內部存在微裂紋或氣孔，進行無損檢測后缺陷較多，無法滿足驗收要求；

(4)零件退火后晶粒粗大，直徑一般超過100微米，遠大于傳統工藝加工零件的晶粒，機械性能和抗疲勞性能較低。

發明內容