[发明专利]一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法

说明书

本发明公开了一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，包括以下步骤：1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。本发明通过对基本摆放要求的薄壁金属构件摆放位置的二次优化，可以充分发挥刮刀的打印尺寸修正功能，降低刮刀卡刀风险，提升薄壁金属构件的打印成功率。

技术领域

本发明涉及激光先进增材制造技术领域，具体是指一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法。

背景技术

增材制造工艺（俗称3D打印）凭借其高柔性、短流程、复杂结构一体化成形、热影响区域小、材料利用率高、操作自由度高、无污染、净成形等优势在航空、航天等复杂金属构件制造领域得到了大规模应用。

但是随着设计—制造要求的不断提高，对增材制造工艺制造的超精细复杂结构构件的要求也随之提升。特别是对薄壁金属构件3D打印的制造需求越来越多，以满足复杂轻量化构件实际应用要求。随着这种需求的进一步增加，不仅仅对大尺寸3D打印设备的需求越来越大，同时对薄壁金属构件的打印制造成熟工艺的需求也越来越迫切。

目前，复杂的薄壁金属构件的打印制造，除了受到设备成形尺寸制约以外，其打印制造工艺也尚未成熟，造成打印失败的机率增加，重复失败问题不断出现，需多次迭代以后才能找到最佳的打印制造方案，这种情况使得设备、原材料以及人工成本极大提升，严重制约了该技术的发展。

薄壁金属构件打印失败最为关键的原因是无法精确控制其在打印过程中的翘曲变形。由于金属材料强度高，当在打印过程中由于热量集中发生形变时，其形变部分极易发生刮刀的卡刀现象，这种情况极易造成刮刀损坏、构件破损，最终使得打印失效。如何精确控制大型薄壁金属构件在打印过程中的形变，避免打印失效，是急需解决的一个关键性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对薄壁金属构件在激光选区熔化设备成形舱内摆放方式进行优化，达到控制其形变、减弱刮刀卡刀现象发生的目的，最终提升其打印成功率的一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种提升3D打印薄壁金属构件成功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）对薄壁金属构件数模进行前期软件处理，调整薄壁金属构件在设备成形舱内的位置，确保薄壁金属构件可以打印；

（2）将满足上述要求的薄壁金属构件数模进行再次摆放优化；

（3）调整好摆放位置的薄壁金属构件数模导入打印材料的参数数据包，然后导入3D打印设备，进行前期设备打印准备工作，准备工作完毕以后通过3D打印技术开始打印；

（4）打印完成以后，取出薄壁金属构件，进行后续处理，最终完成薄壁金属构件交付工作。

薄壁金属构件在打印过程中翘曲变形的主要原因是翘曲区域热量集中，造成内应力增加，在底层支撑或结构给予的拉力不足时，就容易发生形变。金属构件打印采用的刮刀为钢质刮刀，当形变量较小，不足以使刮刀卡刀时，可以通过刮刀对形变进行强制约束，不会影响最终构件的交付质量；当形变较大，已经造成卡刀时，刮刀的约束能力被破坏，极易造成刮刀损坏和构件打印失败。因此在薄壁金属构件打印过程中需要通过调节工艺参数尽可能的弱化应力集中区，当工艺参数调节窗口受限以后，可以采用减少卡刀风险的摆放方法，充分发挥钢性刮刀的形变约束作用。

为更好的实现本发明，进一步地，进行3D打印的所述薄壁金属构件为大型薄壁钛合金构件，使用的打印材料为钛合金TC4粉末，使用的3D打印技术为激光选区熔化成形技术。