[發明專利]增材制造零件的方法

有效

• 申請號: 202110188322.3
• 申請日: 2021-02-19
• 公開（公告）號: CN112548120B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 常斐;雷力明;鄭寅嵐;石磊;王威;周新民
• 申請（專利權）人: 中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/31;B22F10/85;B22F10/68;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 丁曉峰

本發明涉及增材制造零件的方法。該方法包括以下步驟：（a）選擇所需打印材料的實體掃描參數；（b）根據所需打印材料的實體掃描參數，對輪廓掃描線能量密度進行優化計算，其中，輪廓掃描為兩道，第一道輪廓的能量系數k₁為1.3~1.6，第二道輪廓的能量系數k₂為0.4~0.5；（c）根據所需打印材料的實體掃描參數，對輪廓掃描位置參數進行優化計算；（d）采用優化后的輪廓掃描線能量密度和輪廓掃描位置參數，打印零件。本發明能起到以下有益技術效果：無需打印后處理，就能優化成形零件的側面粗糙度。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其涉及增材制造零件的方法。

背景技術

增材制造，又稱3D打印，是一種可以實現零件從粉末材料直接成形三維零件的先進成形技術，成形精度高，尺寸精度可達到±0.1mm，可成形具有復雜結構特別是復雜內部結構的構件，具有較高的成形自由度，在航空、航天、模具、醫療、汽車等領域具有非常高的發展潛力。該技術是一種逐層堆疊成形的加工技術，成形前，由專門的軟件對零件及支撐結構進行粉層切片，然后將零件所有的截層信息發送到設備上，在軟件控制系統的作用下，由高能激光束選擇性地對粉末區域進行掃描燒結，從而實現三維零件的整體成形。

目前，增材制造技術在航空、航天、醫療、磨具等行業均得到較為廣發的應用，采用該技術可顯著提高零件的成形效率，縮短加工周期，節省零件成本。在現有的增材制造成形設備里，成形零件的上表面粗糙度相對較好，可達到Ra2μm以內。但是，側面粗糙度均較差，一般為Ra10μm以上。因此，若不對零件進行特殊的后處理過程，成形零件大部分不能直接應用，若對零件進行后處理加工，又將增加零件的加工成本，并提高零件報廢的風險。特別是對于航空發動機燃油噴嘴等復雜結構零件，對于內部無法進行后處理的位置粗糙度要求較高，亟需一種可以通過優化打印工藝優化成形零件粗糙度的方法，以便于縮短試制周期，及提高零件使用性能。

激光掃描過程中，在零件實體的邊緣位置，激光熔化金屬粉末形成的熔池冷卻速度非常快，熔池周圍的金屬粉末不能完全熔化，未完全熔化的金屬粉末顆粒將粘附在熔池周圍，這些金屬顆粒的存在將影響成形零件的側面粗糙度。一般情況下，直接打印成形零件的側面粗糙度Ra值為10μm以上，側面粗糙度較差。以德國EOS公司為例，采用EOS公司默認參數下，打印成形的鎳基及鐵基合金零件，其側面粗糙度均在Ra10以上。目前對零件表面進行后處理的技術有磨粒流、電解拋光、磁針研磨等技術，但是這些技術均存在一定的限制，尚未在增材制造零件后處理中得到有效應用，而且，新增工序也將提高零件的加工成本。因此，如果能在打印過程中，對打印零件側面粗糙度進行有效控制，使得打印零件呈現出比較低的粗糙度水平，那么將有效減少成形零件后處理成本及周期。

發明內容

本發明的一個目的在于，提供一種增材制造零件的方法，其能解決現有技術所存在的問題，無需打印后處理，就能優化成形零件的側面粗糙度。

本發明的以上目的通過一種增材制造零件的方法來實現，所述方法包括以下步驟：

（a）選擇所需打印材料的實體掃描參數；

（b）根據所需打印材料的實體掃描參數，對輪廓掃描線能量密度進行優化計算，其中，輪廓掃描為兩道，每道輪廓掃描的線能量密度按照以下公式計算：

其中，i為1或2，β_i為第i道輪廓的線能量密度，k_i為第i道輪廓的能量系數，P為實體掃描參數中的實體掃描功率，v為實體掃描參數中的實體掃描速度。k₁為1.3~1.6，k₂為0.4~0.5；

（c）根據所需打印材料的實體掃描參數，對輪廓掃描位置參數進行優化計算；

（d）采用優化后的輪廓掃描線能量密度和輪廓掃描位置參數，打印零件。