[发明专利]一种基于3D打印的激光喷丸工艺光路可达性检验方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的激光喷丸工艺光路可达性检验方法，该检验方法涉及航空整体构件的激光喷丸工艺设计领域，利用非金属3D打印制造效率高、精确空间复制的技术优势，将几何外形复杂、加工耗时长、零件成本高的航空整体构件进行快速原型制造，以复制品作为试验件进行光路可达性检验。本发明以快速原型制造解决低成本工艺设计需求与高昂零件成本之间的矛盾，避免了零件激光烧蚀损坏和高能激光反射，使得激光喷丸工艺设计更加高效经济，尤其适合航空发动机叶片、整体叶盘等回转体的激光喷丸工艺设计与检验。

技术领域

本发明涉及航空整体构件的表面处理技术领域，尤其涉及一种基于3D打印的激光喷丸工艺光路可达性检验方法。

背景技术

航空发动机叶片、涡轮盘、整体叶盘等构件在高温、高压、高负载下运行，对高周疲劳寿命有苛刻的要求。激光喷丸技术是目前最有效、最适合航空回转体的表面处理技术，其利用短脉冲(1-20ns)、高能(10-20J)辐照产生的强冲击波(GPa)进行表层材料改性，引入1-2mm深的残余压应力，抑制裂纹萌生，延缓裂纹扩展，可显著提升构件服役期内的疲劳性能，是航空发动机制造的关键技术之一。

激光喷丸采用高能激光束作为能量源，瞬时输出峰值功率高，不能采用光纤传导，因而对加工设备提出了较高要求。激光喷丸设备通常采用激光束固定，零件由机器人手臂夹持移动，编制程序完成既定区域的强化处理。当前，航空发动机中的整体构件，如涡轮盘、整体叶盘等零件，具有外形结构复杂、处理区域空间狭小、水射流与光路可达性差、零件成本高、加工周期长等共性技术难题，对激光喷丸技术的工艺设计提出了严峻的挑战，如何经济高效的设计工艺是亟待解决的瓶颈问题。

例如，涡轮盘是高温部件，普遍采用镍基高温合金材料，毛坯材料价值30-50万元，材料去除率70-90％，铣削加工周期3-6个月，加工成本30-50万，通常激光喷丸工艺需要至少2件零件进行光路可达性等试验和最终工艺测试，成本高周期长。又例如，钛合金整体叶片是低温部件，材料普遍采用TC4/TC18锻件，材料去除率80-90％，仅材料成本约30-50万，铣削加工周期3-6个月，加工成本30-50万；同时，整体叶盘的每一个叶形互相遮蔽、互相干涉的影响，光路可达性极差，而且激光易在叶片之间产生空间穿透，将待处理区域临近的叶片“打伤”，产生烧蚀损伤。综上所述，当前激光喷丸的工艺设计主要以实际零件为主体，至少需要2件零件进行光路可达性等试验，1件作为试样完全损坏，另1件作为工艺验证和演示。受限于零件成本，导致工艺设计效率低、耗时长、成本高。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于3D打印的激光喷丸工艺光路可达性检验方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于3D打印的激光喷丸工艺光路可达性检验方法，该检验方法主要包括如下具体步骤：

步骤S1：取得零件的三维模型，或者以零件实物进行逆向工程，测量获得零件的三维模型及尺寸。

所述步骤S1还包括如下步骤：

步骤S11：当实物零件在计算机上有三维模型图纸及尺寸时，直接导入即可；

步骤S12：当实物零件无三维模型时，利用逆向工程的三坐标测量机和激光形貌测量仪进行建模，并获得实物零件的三维模型及尺寸。

步骤S2：将零件三维模型输入3D打印机，制造出零件的非金属复制品。

所述步骤S2还包括：零件的三维模型采用UG、CATIA、Solidworks或3Dmarks处理软件进行分层处理，设计辅助支撑，逐层打印出零件的非金属复制品。

所述步骤S2还包括：用美工刀或锉刀工具去除打印后复制品上的辅助支撑。