[发明专利]铝基烯合金薄壁叶片的3D打印制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基烯合金薄壁叶片的3D打印制造方法，属于3D打印技术领域。

背景技术

铝合金具有低的密度、高的强度和良好的延展性，在航空、航天等领域得到广泛应用。作为结构材料，如何提高铝合金强度一直是其研究者的主攻方向。目前来看，利用改变合金熔炼方式、调控成分、调整热处理和变形工艺等方法在进一步提高铝合金性能难有突破，铝基复合材料应运而生。在铝合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳纳米管制备铝基复合材料来提高合金强度成为学者们研究方向。但增强效果不尽人意，且材料的塑性大幅降低。石墨烯纳米片具有高的强度，和较好的塑性，很多国内外研究机构已经开展了研究，将石墨烯添加到铝合金中形成石墨烯增强铝基复合材料(铝基烯合金)，可使材料与塑性同时得到大幅度提升。而该材料适用于制造复杂薄壁零件，例如汽轮机引擎的风扇出口引导叶片，既能提升综合性能又能减轻重量。但是采用传统方法难以制造复杂结构件。

3D打印技术作为一种新型增材制造技术，不需要传统的模具、刀具、夹具及多道加工工序，在一台设备上可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现自由制造，解决许多过去难以制造的复杂结构零件，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，而且越是复杂结构产品，其优势越为凸显，适用于铝基烯合金薄壁叶片的制造。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝基烯合金薄壁叶片的3D打印制造方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种铝基烯合金薄壁叶片的3D打印制造方法，其包括如下步骤：

S1：制备铝基烯合金粉末；

S2：将所述铝基烯合金粉末进行干燥后，装入3D打印设备的料缸中；

S3：将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上；

S4：制作加工程序文件，并将所述加工程序文件输入3D打印设备的控制系统；

S5：设定3D打印设备的成形工艺参数：激光功率为240～360W，扫描速度为1200～1800mm/s，激光搭接为0.85～0.11mm，铺粉层厚为0.03～0.05mm，补粉量为0.06～0.08mm；

S6：将所述打印基本加热至75～85℃，将铝基烯合金粉末均匀铺在打印基板上，并充入氩气，使氧氧含量降到200ppm以下；

S7：启动3D打印设备，根据薄壁叶片的加工程序的第一层轨迹，对打印基板上的铝基烯合金粉末选择性熔化，形成与打印基板的冶金结合，形成薄壁叶片的首层截面；

S8：继续对第二层到第N层分别进行扫描成形，直至整个薄壁叶片的成形完成；

S9：成形完毕后，继续向3D打印设备内充入氩气，保持3D打印设备内氧含量低于500ppm，待冷却10～12小时，取出薄壁叶片。

作为优选方案，还包括对薄片叶片进行后处理的方法，具体包括如下步骤：

S10：将薄壁叶片与打印基板在300～400℃下进行热处理后，将薄壁叶片从打印基板上分离，并切除薄壁叶片底部的余量部分；

S11：将薄壁叶片在50～60℃下进行超声清洗后，采用磨粒流体抛光进行表面抛光处理；

S12：以随炉试棒代替薄壁叶片进行组织性能检测；将随炉试棒数控加工成力学试棒以及微观组织试棒，采用力学检测设备测量力学性能，采用显微镜检测内部组织；

S13：采用三坐标测量仪对薄壁叶片的型面进行检测，采用厚度仪对薄壁叶片进行厚度检测，采用粗糙度仪对薄壁叶片表面粗糙度进行检测。

作为优选方案，步骤S10中，薄壁叶片和打印基板的分离采用中走丝电火花切线割的方法。

作为优选方案，步骤S11中，所述磨粒流体抛光采用钻石软磨料作为磨料。

作为优选方案，所述铝基烯合金粉末为铝合金粉末与石墨烯纳米片的混合物，所述石墨烯纳米片附着在铝合金粉末颗粒表面，石墨烯纳米片的含量为0.34％。

作为优选方案，所述铝基烯合金粉末的制备方法为：采用气雾化方法制备铝合金粉末，在气雾化制备铝合金粉末的同时，将尺寸小于5μm的石墨烯微小颗粒喷到铝合金粉末表面，并粘附在其表面上，凝固形成铝基烯合金粉末原材料，再采用气体分流筛，筛取打印所需粒度的铝基烯合金粉末。

作为优选方案，所述打印基板的处理方法为：

对打印基板表面用46～60目的白刚玉砂进行喷砂处理后，用丙酮进行表面清洗，直至打印基板的表面无颗粒感；

其中，对打印基板进行喷砂处理时，控制喷砂压力为0.3～0.5MPa。