[发明专利]一种嵌入预制件的金属工件加工方法

说明书

本发明属于3D打印相关技术领域，涉及一种嵌入预制件的金属工件加工方法。该方法包括以下步骤：首先设计工件的模型，并设计合适的内部管道；然后将模型划分为预制件区和打印区，并采用传统工艺制备预制件；采用3D打印加工目标前打印区，嵌入预制件后继续加工后打印区；最后通过机械加工和表面处理得到具有复杂内部管道和/或复杂局部区域的工件。本发明采用传统加工技术提前预置内部管道，避免了内部管道的堵塞、开裂等问题；并且通过预制件的方式采用传统加工技术制备模具的局部复杂区域，在保证模具制造精度的同时还优化了局部区域的性能；此外本发明的3D打印方法范围广泛，具有良好的适应性；并通过分区制造可有效降低制造成本，提高生产效率。

技术领域

本发明属于3D打印相关技术领域，更具体地，涉及一种嵌入预制件的金属工件加工方法。

背景技术

传统的模具冷却水道主要采用机加工的方式，通过交叉钻孔产生直线管的内部网络制造而成，但是这种水路网络的形状相当有限，当零件形状复杂时会因冷却效果差造成零件变形较大。而冷却水道的形状随着零件的外形发生变化，可以很好地解决冷却水道与模具型腔表面距离不一致的问题，使得零件得到均匀的冷却，冷却效率更高。目前主要采用3D打印技术制备这类具有复杂内部管道的工件，如具有随形冷却水道的模具或具有冷凝管的反应釜。

3D打印制备具有复杂内部管道的工件时主要采用激光选区熔化3D打印技术，但是激光选区熔化3D打印技术的成型周期长、成本高、材料种类有限并且成型件体积小；另外当内部管道尺寸小，形状复杂时，激光选区熔化3D打印技术制造的内部管道容易发生堵塞、开裂等现象。

目前制备大型工件时主要采用电弧熔丝增材制造技术，但是这种方法制造的工件尺寸精度低，难以制造模具的局部复杂区域，并且制造的内部管道同样存在堵塞、开裂等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种嵌入预制件的金属工件加工方法，其中通过将传统加工技术与3D打印技术相结合，采用传统加工技术制造出尺寸精度高，形状复杂的内部管道和局部区域，再结合3D打印技术制造出成型工件，相应地可有效解决工件内部管道堵塞、开裂，复杂局部区域尺寸精度低等问题；特别是，与现有技术相比，采用本发明可将现有的激光选区熔化3D打印技术扩展到电弧熔丝增材制造技术，在保证制造精度的同时可提高打印效率，降低打印成本，扩宽打印材料的选择范围，因而尤其适用于制造具有复杂内部管道和/或复杂局部区域的工件。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种嵌入预制件的金属工件加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)三维模型的建立及分区

针对待加工的工件建立对应的三维模型，根据模型设计合适的内部管道，并将所述内部管道及所述复杂局部区域定义为预制件区，同时将其余的区域定义为打印区；该打印区进一步地被划分为小于所述预制件所在平面高度的前打印区和大于所述预制件所在平面高度的后打印区，并在所述前打印区模型上设计出用于定位所述预制件的凹槽，从而得到目标前打印区；

(b)不同区域的加工及嵌入处理

首先，采用传统方式加工所述内部管道和所述复杂局部区域；然后采用3D打印技术加工所述目标前打印区，并将所述预制件嵌入所述定位凹槽内并通过焊接进一步固定；接着继续采用3D打印技术加工所述后打印区；最后对得到的3D打印成型件进行微量的机械加工和表面处理，由此获得最终的具有复杂内部管道和/或复杂局部区域的工件。

作为进一步优选地，所述具有复杂内部管道和/或复杂局部区域的工件优选为具有随形冷却水道的模具；此外，所述预制件区和所述打印区所使用的材料根据工件性能要求选择，并且这两块区域的材料为相同材料或者不同材料。

作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述内部管道的横截面优选被设计为圆形、椭圆形、三角形或矩形；所述内部管道被设计为圆形时，优选采用弯管的方式进行制造。