[发明专利]一种基于增材工艺成型的金属构件优化方法与成型设备

说明书

本发明涉及金属构件增材制造技术领域，公开了一种基于增材工艺成型的金属构件优化方法与成型设备，其中金属构件优化方法包括以下步骤，设置由增材工艺制备的金属构件，该金属构件上具有熔覆层；对熔覆层进行超声滚压处理；以及，对金属构件施加脉冲电流。本发明既可以调控金属构件的内部组织，减少孔洞、微裂痕等缺陷，提升基体致密性，调控构件的应力状态，改善金属构件的表面质量、精度和稳定性，还可以提高金属构件的表面硬度、耐磨性、抗疲劳性和耐蚀性等综合服役性能，且本发明无需进行额外的热处理，具有高效、工艺稳定、安全可靠、工作环境友好、节能环保且绿色无公害等诸多优点。

技术领域

本发明涉及金属构件增材制造技术领域，尤其是涉及一种对通过增材工艺成型的金属构件的性能进行提升的优化方法，以及实施该优化方法的成型设备。

背景技术

作为战略性新兴产业，3D打印(增材制造)技术集成了数字化技术、制造技术、激光技术以及新材料技术等多个学科技术，被誉为有望成为“第三次工业革命”的代表性技术。与传统机加工和模具成形等制造工艺相比，增材制造将三维实体加工变为若干二维平面加工，大幅降低了制造的复杂度，并在快速生产和灵活性方面极具优势。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：选择性激光烧结(SLS)、选区激光熔化(SelectiveLaser Melting，SLM)、电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting，EBSM)、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)等。金属增材制造工艺彻底改变了航空航天、汽车和医疗应用等领域中复杂零件的生产，这也是先进制造领域最有发展前景的新技术。

然而3D打印在质量、性能和稳定性与传统锻件相比存在一定差距。以激光熔覆3D打印出的零件为例，其尺度不均匀，导致所打印得到的构件质量稳定性较差；成形过程会出现球化、飞溅等现象，有的地方会缺少粉末填充，所以会有空隙、孔洞、裂纹等一系列的缺陷，空气或水份的卷入会导致3D打印构件内部产生空隙或热应变也严重危害其成型，这些因素都严重危害3D打印工件产品质量和服役寿命，达不到用户要求的精度和粗糙度。3D打印产品制备过程中经历了熔化和结晶，本质上是一个熔体非平衡凝固过程，存在较大的温度梯度和热应力，进而导致工件表面质量差、尺寸稳定性低等问题，往往需要通过后加工和后处理予以解决。

现有技术中解决上述问题的方法是对打印成型的金属构件进行真空热处理，以达到改善构件基体组织不致密，机械性能不佳和去除残余应力的目的。然而此种工艺需要构建真空环境，工艺路线复杂，设备成本高；同时热处理需要消耗大量的能量，不利于节能环保，此外，工艺耗时长，整体效率低下，难以满足人们的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于增材工艺成型的金属构件优化方法与成型设备，用于解决现有技术需要构建真空环境，工艺路线复杂，设备成本高；需要消耗大量的能量，不利于节能环保，工艺耗时长，整体效率低下等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于增材工艺成型的金属构件优化方法，包括以下步骤，

设置由增材工艺制备的金属构件，该金属构件上具有熔覆层；

对熔覆层进行超声滚压处理；

以及，对金属构件施加脉冲电流。

作为上述方案的进一步改进方式，对熔覆层进行超声滚压处理的方法是：设置滚压头，滚压头沿熔覆层的法向对熔覆层进行超声冲击。

作为上述方案的进一步改进方式，滚压头的曲率半径为1～50mm，滚压头单道次行进的线速度为1～150m·min^-1，进给量为每道次0.01～2.00mm，预紧压力为50～3000N，超声振动频率为15000～60000Hz，超声振动振幅为5～50μm。