[發明專利]一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法

有效

• 申請號: 202110736020.5
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113560598B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 李護林;楊歡慶;李典;白靜;彭東劍
• 申請（專利權）人: 西安航天發動機有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/85;B22F12/30;B22F12/17;B22F12/13;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明提供了一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，包括如下步驟：步驟1，對成形產品的三維模型進行余量設計；步驟2，對余量設計后的三維模型進行支撐添加；步驟3，準備激光選區熔化設備并進行預熱；步驟4，對待成形零件進行激光選區熔化成形；步驟5，對成形零件進行后續清潔、機加工處理，得到所需的產品。本發明通過三維模型余量設計、添加復合支撐、施加成形預熱、降低能量輸入及優化掃描策略等措施，對成形過程中的溫度梯度、應力應變等影響產品成形質量、尺寸精度、變形開裂的因素進行控制，獲得高精度的激光選區熔化制件。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，特別涉及一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法。

背景技術

激光選區熔化成形技術是目前應用最廣泛的增材制造技術之一。因其“分層切片、逐層堆積”的成形原理，使得所成形零件能不受復雜結構限制，真正實現產品的一體化制造。同時還具有制造周期短、材料利用率高、綜合性能強等諸多優點，在航空航天、生物醫療、模具制造、能源重工等諸多領域得到了廣泛的應用。

由于激光選區熔化成形過程本身的特點，高能激光束作為熱源加工，粉末在極短的時間內經歷快熱熔化和快冷成形，極高的冷卻速率導致掃描區域產生了較大的溫度梯度，引起較大的熱應力?，F有技術在成形幅面尺寸大于250mm*250mm的產品時，溫度場不均勻冷卻引起的應力應變將更為顯著，殘余應力的存在影響大尺寸零件的尺寸精度，降低產品的屈服強度、疲勞強度和耐腐蝕性能，嚴重時會導致產品發生翹曲變形甚至開裂。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，克服現有技術的不足，解決激光選區熔化成形大尺寸零件過程中，由于能量密度輸入高與溫度梯度大導致熱應力累積，使得產品的尺寸精度、屈服強度、疲勞強度、耐腐蝕性能降低及發生翹曲變形、開裂等問題。

本發明提供的技術方案如下：

一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，包括：

步驟1，對成形產品的三維模型進行余量設計；

步驟2，對余量設計后的三維模型進行支撐添加；

步驟3，準備激光選區熔化設備并進行預熱；

步驟4，對待成形零件進行激光選區熔化成形；

步驟5，對成形零件進行后續清潔、機加工處理，得到所需的產品。

根據本發明提供的一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，具有以下有益效果：

(1)本發明提供的一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，通過三維模型設計，平滑模型棱邊過渡，強化大尺寸零件與基板間的連接，減小產品上結構薄弱點的應力集中，同時強化對外輪廓易翹曲變形部位的控制，減小應力應變，保持成形過程中的應力平衡；

(2)本發明提供的一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，通過支撐設計，網格支撐具有良好的導熱性，增強成形過程中溫度傳遞；內部柱支撐提供強度，承接下一層粉末，保證熔池不發生塌陷；外輪廓支撐強化對邊緣易翹曲變形部位的控制。總之，所添加復合支撐減少了大尺寸零件在打印過程中由于受熱及冷卻產生的應力收縮，保持成形產品的應力平衡；在具有足夠強度的同時留有鏤空，利于清粉和后續打磨去除；

(3)本發明提供的一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，通過設備預熱技術，降低了產品成形過程中的冷卻溫度梯度，提高了成形過程中溫度場均勻性，減小應力應變，抑制產品變形，減少熔池塌陷，提高尺寸精度；

(4)本發明提供的一種大尺寸零件激光選區熔化成形方法，在保證成形產品性能的前提下，通過降低能量密度輸入，優化成形相位角，改善熔池質量，降低成形過程溫度梯度，提高成形質量并減小變形。

附圖說明

圖1為三維模型外表面法向余量設計示意；