一種采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，特別涉及采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，包括以下步驟：構(gòu)建所需制備零件結(jié)構(gòu)的二維切片數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入金屬粉末激光熔化系統(tǒng)；設(shè)定金屬粉末激光熔化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；取鈦合金粉末并鋪展在金屬粉末激光熔化系統(tǒng)，在惰性氣體的保護(hù)下依次進(jìn)行激光熔化，篩粉，熱處理，線切割，清洗，噴砂，拋光即得。本發(fā)明提供的制備鈦合金工藝品的方法，選定特定的鈦合金種類以及其規(guī)格參數(shù)，并多次優(yōu)化金屬粉末激光熔化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)，制得的鈦合金工藝品精度高，成形質(zhì)量穩(wěn)定，具有很小的失真度，通過后續(xù)處理，使得鈦合金工藝品力學(xué)性能優(yōu)異同時(shí)兼顧良好的表面光潔度，使得鈦合金工藝品有著極大的藝術(shù)價(jià)值。
【專利說明】-種采用選區(qū)激光膝化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合 金工藝品的方法。

【背景技術(shù)】
[000引選區(qū)激光烙化，簡稱SLM(Selective Laser Melting)技術(shù)，是由選擇性激光燒結(jié) 技術(shù)演變與升級而來的，也被稱為直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)，屬于金屬快速成形技術(shù)之一，通 常也被稱為3D打印或者增材制造技術(shù)，是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，它集CAD、 機(jī)械工程、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、材料科學(xué)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)于一身，可W直接、 自動、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃鞂?shí)體，從而為實(shí)體原 型制作、新設(shè)計(jì)思想的校驗(yàn)等方面提供一種高效低成本的實(shí)現(xiàn)手段。該一技術(shù)不需要傳統(tǒng) 的模具、刀具、夾具及多道加工工序，在一臺設(shè)備上可快速而精密地制造出任意復(fù)雜形狀的 零件，從而實(shí)現(xiàn)"自由制造"，解決許多過去難W制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件或個(gè)性化產(chǎn)品的成形， 并大大減少了加工工序，縮短了加工周期，而且越是復(fù)雜結(jié)構(gòu)或越是個(gè)性化的產(chǎn)品，其優(yōu)勢 越為凸顯。
[0003] 3D打印技術(shù)的特點(diǎn)是單件或小批量的快速制造，使得產(chǎn)品創(chuàng)新與創(chuàng)意可W實(shí)現(xiàn)概 念到實(shí)體的轉(zhuǎn)換，例如工藝禮盤、手機(jī)外形、個(gè)性化戒指、項(xiàng)鏈、概念化藝術(shù)品、獎杯、刻字標(biāo) 示、U盤、小型雕塑品、人體頭像、室內(nèi)和車內(nèi)個(gè)性化裝飾品、金屬游戲模型等，但是現(xiàn)如今對 于3D打印成形的個(gè)性化產(chǎn)品主要是塑料制品，金屬制品極少，成形品質(zhì)量較差，主要集中 在致密度低，光潔度差等，成形后不具備美觀與藝術(shù)價(jià)值，同時(shí)成本較高，使得高品質(zhì)的設(shè) 計(jì)品很難實(shí)現(xiàn)。
[0004] 鐵合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，通常是航 空航天結(jié)構(gòu)的材料，由于鐵合金諸多優(yōu)點(diǎn)，并能著色，用鐵合金制作工藝品也漸漸受到人們 的喜愛；但是鐵合金的強(qiáng)度高，傳統(tǒng)的減材加工技術(shù)很難加工復(fù)雜的工藝花紋和圖形，所W 目前的鐵合金工藝品也僅限于一些簡單的工藝鑄件和機(jī)加工件，藝術(shù)價(jià)值較高的工藝品并 不多，其中，申請?zhí)枮?01410153417. 1公開了一種基于選區(qū)激光烙化技術(shù)的純鐵粉末成型 方法，該方法實(shí)現(xiàn)了采用鐵粉制備零部件的靈活性，但是，其制得的金屬零件的致密性、成 形精度W及粗趟度均有欠缺，需要進(jìn)一步地提高，該也一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要克服的 技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法，W 解決上述的問題。
[0006] 在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方 法，包括W下步驟：
[0007] (a)、構(gòu)建所需制備零件結(jié)構(gòu)的H維模型并將其輸入3D打印編輯軟件中，編輯后 進(jìn)行二維化處理，得到二維切片數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)；
[0008] 化）、設(shè)定金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；激光功率為100-400W，掃描速 度為1000-1500mm/s，鋪粉層厚為20-60U m，光斑直徑為0. 05-0. 1mm，激光搭接為O-Imm, X 軸、Y軸的偏移均為0. 05-0. 15%，光斑補(bǔ)償為0. 05mm-0. 13mm ;
[0009] (C)、取鐵合金粉末并鋪展在金屬粉末激光烙化系統(tǒng)，所述金屬粉末激光烙化系統(tǒng) 中通入惰性氣體，至其內(nèi)氧氣含量在0. 1% W下；其中，鐵合金為Ti6A14V，所述鐵合金粉末 的粒度分布DlO為10-25 y m，D50為28-42 y m，D90為50-61 y m ;鐵合金粉末的球化率在 98% W上，松裝密度在 2. 15-3. Og/cm3 ;
[0010] (d)、依次進(jìn)行激光烙化，篩粉，熱處理，線切割，清洗，噴砂，拋光即得。
[0011] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，激光烙化依次包括W下步驟：激光預(yù)烙化，鋪粉，激光 烙化，鋪粉，激光烙化；其中，所述激光預(yù)烙化的鋪粉層為2-5層。
[0012] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述熱處理為真空熱處理，所述真空熱處理為：溫度 600-95(rC，真空度5.0X10- 2-6X10-4Pa，保溫時(shí)間2-化。
[0013] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述線切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬 度設(shè)定為30-50ms，脈沖間隔為15-28S，功放選擇為2-10。
[0014] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述清洗為超聲波清洗，清洗時(shí)間為0. 5-比，清洗介 質(zhì)為無水酒精。
[0015] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述噴砂選用的砂子類型為綠碳化娃，粒度為16-20 目，持續(xù)時(shí)間為3-lOmin。
[0016] 優(yōu)選地，在所述步驟（C)中，所述惰性氣體為氮?dú)狻?br> [0017] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述拋光采用化學(xué)拋光或MMP處理。
[0018] 優(yōu)選地，所述化學(xué)拋光采用磯酸型化學(xué)拋光劑、硝酸型化學(xué)拋光劑、硫酸型化學(xué)拋 光劑、氨氣酸型化學(xué)拋光劑、硬質(zhì)酸軸型化學(xué)拋光劑中的任一種進(jìn)行處理。
[0019] 優(yōu)選地，在所述步驟（a)中，將工藝品所需制備零件結(jié)構(gòu)的二維圖像處理生成H 維圖像；
[0020] 結(jié)合H維圖像對工藝品的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦H維模型的建立與修復(fù)，并輸出為 S化格式文件；
[0021] 將S化文件導(dǎo)入到3D打印專用編輯軟件中，編輯S化格式的H維模型，設(shè)計(jì)選區(qū) 激光烙化過程中為了防止工藝品變形所需要的支撐，并對設(shè)計(jì)好支撐的H維模型進(jìn)行切片 處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔，即將所述電腦H維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成 一系列二維圖形。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法，通過 選定特定的鐵合金種類W及其規(guī)格參數(shù)，并多次優(yōu)化金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參 數(shù)，經(jīng)大量試驗(yàn)后，制得的鐵合金工藝品精度高，成形質(zhì)量穩(wěn)定，具有很小的失真度，使得鐵 合金工藝品有著極大的藝術(shù)價(jià)值；通過SLM專用的金屬粉末成形鐵合金工藝品，成形過程 穩(wěn)定，有著很高的再現(xiàn)性；通過后續(xù)處理，使得鐵合金工藝品力學(xué)性能優(yōu)異同時(shí)兼顧良好的 表面光潔度。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面通過具體的實(shí)施例子對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024] 在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方 法，包括W下步驟：
[0025] (a)、構(gòu)建所需制備零件結(jié)構(gòu)的H維模型并將其輸入3D打印編輯軟件中，編輯后 進(jìn)行二維化處理，得到二維切片數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)；
[0026] 化）、設(shè)定金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；激光功率為100-400W，掃描速 度為1000-1500mm/s，鋪粉層厚為20-60U m，光斑直徑為0. 05-0. 1mm，激光搭接為O-Imm, X 軸、Y軸的偏移均為0. 05-0. 15%，光斑補(bǔ)償為0. 05mm-0. 13mm ;
[0027] (C)、取鐵合金粉末并鋪展在金屬粉末激光烙化系統(tǒng)，所述金屬粉末激光烙化系統(tǒng) 中通入惰性氣體，至其內(nèi)氧氣含量在0. 1% W下；其中，鐵合金為Ti6A14V，所述鐵合金粉末 的粒度分布DlO為10-25 y m，D50為28-42 y m，D90為50-61 y m ;鐵合金粉末的球化率在 98% W上，松裝密度在 2. 15-3. Og/cm3 ;
[0028] (d)、依次進(jìn)行激光烙化，篩粉，熱處理，線切割，清洗，噴砂，拋光即得。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法，通 過選定特定的鐵合金種類W及其規(guī)格參數(shù)，保證SLM成形過程穩(wěn)定，成形品質(zhì)量與性能良 好；并多次優(yōu)化金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)，經(jīng)大量試驗(yàn)后，制得的鐵合金工藝 品精度高，成形質(zhì)量穩(wěn)定，具有很小的失真度，使得鐵合金工藝品有著極大的藝術(shù)價(jià)值；通 過SLM專用的金屬粉末成形鐵合金工藝品，成形過程穩(wěn)定，有著很高的再現(xiàn)性；通過后續(xù)處 理，使得鐵合金工藝品力學(xué)性能優(yōu)異同時(shí)兼顧良好的表面光潔度。
[0030] 選區(qū)激光烙化，將鐵合金粉末進(jìn)行選區(qū)激光烙化，工藝品的制備是在金屬粉末激 光烙化系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的，內(nèi)部通入惰性氣體，將建造倉內(nèi)氧氣含量控制在0.1% W下，氧含量 小于0. 1%時(shí)才可W進(jìn)行建造工作，防止工藝零件在成形過程中氧化，影響工藝品品質(zhì)。 [003。 為了保證烙點(diǎn)較高的鐵合金粉末能夠順利形成液相，激光功率為100-400W，掃描 速度為1000-1500mm/s ;為了配合粉末的粒度分布，鋪粉層厚為20-60U m ;根據(jù)粉末的平均 粒徑設(shè)定光斑直徑為0. 05-0. 1mm，激光搭接為O-Imm ;為了保證精度設(shè)定X軸、Y軸的偏移 為0.12%，光斑補(bǔ)償為0.05111111-0.13111111。
[0032] 優(yōu)選地，在所述步驟（a)中，將工藝品所需制備零件結(jié)構(gòu)的二維圖像處理生成H 維圖像；
[0033] 結(jié)合H維圖像對工藝品的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦H維模型的建立與修復(fù)，并輸出為 S化格式文件；
[0034] 將S化文件導(dǎo)入到3D打印專用編輯軟件中，編輯S化格式的H維模型，設(shè)計(jì)選區(qū) 激光烙化過程中為了防止工藝品變形所需要的支撐，并對設(shè)計(jì)好支撐的H維模型進(jìn)行切片 處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔，即將所述電腦H維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成 一系列二維圖形。
[00巧]如將人物頭像和龍圖騰二維圖像分別導(dǎo)入Geomagic S化dio 12二維圖像處理軟 件中處理，人物頭像生成具有浮雕效果的H維實(shí)體，龍圖騰生成具有縷空效果的H維圖像； 將H維圖像導(dǎo)入H維軟件中進(jìn)行工藝品的整體設(shè)計(jì)，形成一個(gè)具有人物浮雕和龍圖騰縷空 花紋的工藝禮盤模型；把禮盤模型輸出為S化格式文件導(dǎo)入Magics 3D打印專用編輯軟件 中設(shè)計(jì)支撐，并對設(shè)計(jì)好支撐的H維模型進(jìn)行二維化處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔；得 到二維切片數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)即可。
[0036] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，激光烙化依次包括W下步驟：激光預(yù)烙化，鋪粉，激光 烙化，鋪粉，激光烙化；其中，所述激光預(yù)烙化的鋪粉層為2-5層。為了保證成形品與底部粘 接牢固，預(yù)掃描烙化2-5層。此外，后續(xù)的激光烙化鋪粉層數(shù)是根據(jù)工件大小而定的，工件 越大鋪粉的層越多，與現(xiàn)有技術(shù)中存在的激光烙化操作相同。
[0037] 此外，在使用金屬粉末激光烙化系統(tǒng)前對其進(jìn)行清理，W防止其他成分混入，影響 產(chǎn)品品質(zhì)。在裝粉后進(jìn)行校準(zhǔn)工作平臺，W防止誤差對產(chǎn)品性能的影響。校準(zhǔn)工作平臺后 再進(jìn)行充氮?dú)庖环勰╀佌挂患す忸A(yù)烙化一再鋪粉一激光烙化一再鋪粉一激光再烙化一結(jié) 束。下一步進(jìn)行篩粉，篩粉的目的是防止去除小顆粒物質(zhì)，一般采用80 y m孔徑的篩子進(jìn)行 篩選，W去除小顆粒物質(zhì)，防止其對后續(xù)的產(chǎn)品加工造成性能的影響。
[0038] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述熱處理為真空熱處理，所述真空熱處理為：溫度 600-95(TC，真空度5. 0X10-2-6X10-中a,保溫時(shí)間2-化。零件經(jīng)真空熱處理后，崎變小，質(zhì) 量高，使用壽命高，且工藝本身操作靈活，無公害；此外，真空熱處理能夠去掉工件表面的磯 屑，并有脫脂除氣等作用，加速化學(xué)熱處理的吸附和反應(yīng)過程，從而達(dá)到表面光亮凈化的效 果。
[0039] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述線切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬 度設(shè)定為30-50ms，脈沖間隔為15-28S，功放選擇為2-10。采用高速往復(fù)走絲電火花線切割 加工便捷，適用范圍廣，并進(jìn)一步提高了加工產(chǎn)品的表面質(zhì)量和表面精度。
[0040] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述清洗為超聲波清洗，清洗時(shí)間為0. 5-比，清洗介 質(zhì)為無水酒精。采用超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流 作用對液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的，清洗的 更為徹底，并且采用的清洗介質(zhì)為無水酒精，無水酒精清洗后易揮發(fā)，在清洗物上無殘留。
[0041] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述噴砂選用的砂子類型為綠碳化娃，粒度為16-20 目，持續(xù)時(shí)間為3-lOmin。采用該粒度的綠碳化娃進(jìn)行噴砂，目數(shù)小，沖擊鐵合金件的能力 強(qiáng)，產(chǎn)品表面的粗趟度大幅下降，得到的產(chǎn)品精度更高，表面更為光潔。
[0042] 為防止鐵合金粉末在加工過程中的氧化，優(yōu)選地，在所述步驟（C)中，所述惰性氣 體為氮?dú)狻?br> [0043] 優(yōu)選地，在所述步驟（d)中，所述拋光采用化學(xué)拋光或MMP處理。噴砂后進(jìn)行化 學(xué)拋光或MMP處理，能進(jìn)一步提高產(chǎn)品的使用壽命，增幅達(dá)50% W上，并同時(shí)增加其表面精 度。
[0044] 優(yōu)選地，所述化學(xué)拋光采用磯酸型化學(xué)拋光劑、硝酸型化學(xué)拋光劑、硫酸型化學(xué)拋 光劑、氨氣酸型化學(xué)拋光劑、硬質(zhì)酸軸型化學(xué)拋光劑中的任一種進(jìn)行處理。采用該種類的化 學(xué)拋光劑，能對產(chǎn)品表面凹凸不平區(qū)域進(jìn)行選擇性溶解，W消除磨痕、浸蝕整平，得到的產(chǎn) 品無裂紋、孔洞與疏松等缺陷。
[0045] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法，通過 選定特定的鐵合金種類W及其規(guī)格參數(shù)，并多次優(yōu)化金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參 數(shù)，經(jīng)大量試驗(yàn)后，制得的鐵合金工藝品精度高，成形質(zhì)量穩(wěn)定，具有很小的失真度，使得鐵 合金工藝品有著極大的藝術(shù)價(jià)值；通過SLM專用的金屬粉末成形鐵合金工藝品，成形過程 穩(wěn)定，成形精度在0. 03-0. 08mm，并且具有很高的再現(xiàn)性；通過后續(xù)處理，使得鐵合金工藝 品力學(xué)性能優(yōu)異同時(shí)兼顧良好的表面光潔度，致密度在99. 53% -99. 86%，表面粗趟度Ra 為4. 1-17 y m，無裂紋、孔洞與疏松等缺陷，很好的解決了現(xiàn)有技術(shù)中的鐵合金很難加工復(fù) 雜的工藝鑄件和機(jī)加工件的問題。
[0046] 采用本發(fā)明提供的采用選區(qū)激光烙化技術(shù)制備鐵合金工藝品的方法，成功制備了 多種工藝品，如；工藝禮盤、手機(jī)外形、個(gè)性化戒指、項(xiàng)鏈、概念化藝術(shù)品、獎杯、印章、刻字標(biāo) 示、小型雕塑品、人體頭像、室內(nèi)和車內(nèi)個(gè)性化裝飾品等，制得的工藝品外形精致。
[0047] 實(shí)施例1
[0048] 將人物頭像和龍圖騰二維圖像分別導(dǎo)入二維圖像處理軟件中處理，人物頭像生成 具有浮雕效果的H維實(shí)體，龍圖騰生成具有縷空效果的H維圖像；把生成的H維圖像導(dǎo)入 H維軟件中進(jìn)行工藝品的整體設(shè)計(jì)，形成一個(gè)具有人物浮雕和龍圖騰縷空花紋的工藝禮盤 模型；把禮盤模型輸出為STL格式文件導(dǎo)入3D打印專用編輯軟件中設(shè)計(jì)支撐，并對設(shè)計(jì)好 支撐的H維模型進(jìn)行二維化處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔；
[0049] 將SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)作為選擇性激光烙化的數(shù) 據(jù)指令，準(zhǔn)備進(jìn)行激光烙化成形；
[0050] 設(shè)定金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；激光功率為200W，掃描速度為 1200mm/s，鋪粉層厚為40 ym，光斑直徑為0. 07mm，激光搭接為0. 5mm，X軸、Y軸的偏移均為 0. 1%，光斑補(bǔ)償為0.08mm;
[0051] 清理金屬粉末激光烙化系統(tǒng)，取鐵合金粉末并鋪展在金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的鋪 粉倉內(nèi)，校準(zhǔn)工作平臺，然后往倉內(nèi)通入高純氮?dú)猓羵}內(nèi)氧氣含量為0. 07% ;其中，鐵合金 粉末參數(shù)為；DlO為22ym，D50為38ym，D90為55ym，鐵合金粉末的球化率為99%，松裝 密度為2. 2g/cm3,鐵合金為Ti6A14V ;
[0052] 進(jìn)行選區(qū)激光烙化，依次進(jìn)行激光預(yù)烙化，鋪粉，激光烙化，鋪粉，激光烙化，其中， 激光預(yù)烙化的鋪粉層為4層；
[0053] 對激光烙化的產(chǎn)物用80 y m孔徑的篩子進(jìn)行篩粉，去除小顆粒物質(zhì)；
[0054] 然后進(jìn)行熱處理，熱處理為真空熱處理，真空度為2. 5 Xicr中a,溫度為80(TC，保 溫時(shí)間為4小時(shí)；
[00巧]將熱處理后的工藝品進(jìn)行線切割，切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬 度設(shè)定為40ms，脈沖間隔為24s，功放選擇為8 ;
[0056] 將線切割后的工藝品進(jìn)行超聲波清洗，清洗時(shí)間為40min，清洗介質(zhì)為無水酒精；
[0057] 將清洗后的工藝品采用16目的綠碳化娃噴砂，噴砂持續(xù)時(shí)間5min ;
[0058] 將噴砂后的工藝品進(jìn)行拋光處理，化學(xué)拋光采用磯酸型化學(xué)拋光劑進(jìn)行處理，得 到高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵合金工藝禮盤。
[00則 實(shí)施例2
[0060] 將動物頭像和龍圖騰二維圖像分別導(dǎo)入二維圖像處理軟件中處理，動物頭像生成 具有浮雕效果的H維實(shí)體，龍圖騰生成具有縷空效果的H維圖像；把生成的H維圖像導(dǎo)入 H維軟件中進(jìn)行工藝品的整體設(shè)計(jì)，形成一個(gè)具有動物浮雕和龍圖騰縷空花紋的工藝禮盤 模型；把禮盤模型輸出為STL格式文件導(dǎo)入3D打印專用編輯軟件中設(shè)計(jì)支撐，并對設(shè)計(jì)好 支撐的H維模型進(jìn)行二維化處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔；
[0061] 將SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)作為選擇性激光烙化的數(shù) 據(jù)指令，準(zhǔn)備進(jìn)行激光烙化成形；
[0062] 設(shè)定金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；激光功率為100W，掃描速度為 lOOOmm/s，鋪粉層厚為20 U m，光斑直徑為0. 05mm，激光搭接為Omm, X軸、Y軸的偏移均為 0. 05 %，光斑補(bǔ)償為0. 05mm ;
[0063] 清理金屬粉末激光烙化系統(tǒng)，取鐵合金粉末并鋪展在金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的鋪 粉倉內(nèi)，校準(zhǔn)工作平臺，然后往倉內(nèi)通入高純氮?dú)?，至倉內(nèi)氧氣含量為0. 09% ;其中，鐵合金 粉末參數(shù)為；DlO為IOym, D50為28 ym，D90為50 ym，鐵合金粉末的球化率為98%，松裝 密度為3. Og/cm3,鐵合金為Ti6A14V ;
[0064] 進(jìn)行選區(qū)激光烙化，依次進(jìn)行激光預(yù)烙化，鋪粉，激光烙化，鋪粉，激光烙化，其中， 激光預(yù)烙化的鋪粉層為2層；
[0065] 對激光烙化的產(chǎn)物用80 U m孔徑的篩子進(jìn)行篩粉，去除小顆粒物質(zhì)；
[0066] 然后進(jìn)行熱處理，熱處理為真空熱處理，真空度為5. OX ICT2Pa,溫度為60(TC，保 溫時(shí)間為6小時(shí)；
[0067] 將熱處理后的工藝品進(jìn)行線切割，切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬 度設(shè)定為30ms，脈沖間隔為15s，功放選擇為2 ;
[0068] 將線切割后的工藝品進(jìn)行超聲波清洗，清洗時(shí)間為0. 5h，清洗介質(zhì)為無水酒精；
[0069] 將清洗后的工藝品采用18目的綠碳化娃噴砂，噴砂持續(xù)時(shí)間IOmin ;
[0070] 將噴砂后的工藝品進(jìn)行MMP處理，得到高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵合金工藝禮盤。
[00川 實(shí)施例3
[0072] 將卡通圖像和龍圖騰二維圖像分別導(dǎo)入二維圖像處理軟件中處理，卡通圖像生成 具有浮雕效果的H維實(shí)體，龍圖騰生成具有縷空效果的H維圖像；把生成的H維圖像導(dǎo)入 H維軟件中進(jìn)行工藝品的整體設(shè)計(jì)，形成一個(gè)具有卡通浮雕和龍圖騰縷空花紋的工藝禮盤 模型；把禮盤模型輸出為STL格式文件導(dǎo)入3D打印專用編輯軟件中設(shè)計(jì)支撐，并對設(shè)計(jì)好 支撐的H維模型進(jìn)行二維化處理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔；
[0073] 將SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔導(dǎo)入金屬粉末激光烙化系統(tǒng)作為選擇性激光烙化的數(shù) 據(jù)指令，準(zhǔn)備進(jìn)行激光烙化成形；
[0074] 設(shè)定金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)；激光功率為400W，掃描速度為 1500mm/s，鋪粉層厚為60 ym，光斑直徑為0. 1mm，激光搭接為1mm，X軸、Y軸的偏移均為 0. 15 %，光斑補(bǔ)償為0. 13mm ;
[00巧]清理金屬粉末激光烙化系統(tǒng)，取鐵合金粉末并鋪展在金屬粉末激光烙化系統(tǒng)的鋪 粉倉內(nèi)，校準(zhǔn)工作平臺，然后往倉內(nèi)通入高純氮?dú)?，至倉內(nèi)氧氣含量為0. 03% ;其中，鐵合金 粉末參數(shù)為；DlO為25ym，D50為42ym，D90為61ym，鐵合金粉末的球化率為99%，松裝 密度為2. 15g/cm3,鐵合金為Ti6A14V ;
[0076] 進(jìn)行選區(qū)激光烙化，依次進(jìn)行激光預(yù)烙化，鋪粉，激光烙化，鋪粉，激光烙化，其中， 激光預(yù)烙化的鋪粉層為5層；
[0077] 對激光烙化的產(chǎn)物用80 U m孔徑的篩子進(jìn)行篩粉，去除小顆粒物質(zhì)；
[0078] 然后進(jìn)行熱處理，熱處理為真空熱處理，真空度為6 X ICT4Pa,溫度為95(TC，保溫 時(shí)間為2小時(shí)；
[0079] 將熱處理后的工藝品進(jìn)行線切割，切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬 度設(shè)定為50ms，脈沖間隔為28s，功放選擇為10 ;
[0080] 將線切割后的工藝品進(jìn)行超聲波清洗，清洗時(shí)間為比，清洗介質(zhì)為無水酒精；
[0081] 將清洗后的工藝品采用20目的綠碳化娃噴砂，噴砂持續(xù)時(shí)間IOmin ;
[0082] 將噴砂后的工藝品進(jìn)行拋光處理，化學(xué)拋光采用硝酸型化學(xué)拋光劑進(jìn)行處理，得 到高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鐵合金工藝禮盤。
[0083] 將實(shí)施例1-3制得的工藝品分別測定W下參數(shù)：采用螺旋側(cè)位器測定成形精度， 采用阿基米德排水法測定致密度，采用粗趟度儀測定表面粗趟度，通過光學(xué)顯微鏡測定其 有無裂紋、孔洞與疏松等缺陷；同時(shí)，將申請?zhí)枮?01410153417. 1提供的方法制備同實(shí)施 例1 一樣的工藝品作為對照組，對照組的制備方法為；采用同實(shí)施例1提供的方法制備，只 是采用的原料換為純鐵粉末，并且掃描功率選用90W，掃描速度選用lOOmm/s，掃描間距為 70 y m，掃描層厚度為0. 07mm，對照組的工藝品測定的參數(shù)同實(shí)施例1-3。得到的數(shù)據(jù)如表 1所示。
[0084] 表1工藝品參數(shù)測定數(shù)值

【權(quán)利要求】
1. 一種采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在于，包括以下步 驟： (a) 、構(gòu)建所需制備零件結(jié)構(gòu)的三維模型并將其輸入3D打印編輯軟件中，編輯后進(jìn)行 二維化處理，得到二維切片數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入金屬粉末激光熔化系統(tǒng)； (b) 、設(shè)定金屬粉末激光熔化系統(tǒng)的加工工藝參數(shù)：激光功率為100-400W，掃描速度為 1000-1500謹(jǐn)/8，鋪粉層厚為20-6(^111，光斑直徑為0.05-0.1111111，激光搭接為0-11111113軸、￥ 軸的偏移均為〇. 05-0. 15%，光斑補(bǔ)償為0. 05mm-〇. 13mm ; (c) 、取鈦合金粉末并鋪展在金屬粉末激光熔化系統(tǒng)，所述金屬粉末激光熔化系統(tǒng)中通 入惰性氣體，至其內(nèi)氧氣含量在〇. 1%以下；其中，鈦合金為Ti6A14V，所述鈦合金粉末的粒 度分布D10為10-25 μ m，D50為28-42 μ m，D90為50-61 μ m ;鈦合金粉末的球化率在98% 以上，松裝密度在2. 15-3. Og/cm3 ; (d) 、依次進(jìn)行激光熔化，篩粉，熱處理，線切割，清洗，噴砂，拋光即得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（d)中，激光熔化依次包括以下步驟：激光預(yù)熔化，鋪粉，激光熔化，鋪粉，激 光熔化；其中，所述激光預(yù)熔化的鋪粉層為2-5層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（d)中，所述熱處理為真空熱處理，所述真空熱處理為：溫度600-950°C，真 空度 5. OX l〇-2-6X l(T4Pa，保溫時(shí)間 2-4h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征 在于，在所述步驟（d)中，所述線切割采用高速往復(fù)走絲電火花線切割，脈沖寬度設(shè)定為 30-50ms，脈沖間隔為15-28s，功放選擇為2-10。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（d)中，所述清洗為超聲波清洗，清洗時(shí)間為0.5-lh，清洗介質(zhì)為無水酒精。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（d)中，所述噴砂選用的砂子類型為綠碳化硅，粒度為16-20目，持續(xù)時(shí)間為 3_10min〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（c)中，所述惰性氣體為氬氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，在所述步驟（d)中，所述拋光采用化學(xué)拋光或MMP處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方法，其特征在 于，所述化學(xué)拋光采用磷酸型化學(xué)拋光劑、硝酸型化學(xué)拋光劑、硫酸型化學(xué)拋光劑、氫氟酸 型化學(xué)拋光劑、硬質(zhì)酸鈉型化學(xué)拋光劑中的任一種進(jìn)行處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備鈦合金工藝品的方 法，其特征在于，在所述步驟（a)中，將工藝品所需制備零件結(jié)構(gòu)的二維圖像處理生成三維 圖像； 結(jié)合三維圖像對工藝品的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電腦三維模型的建立與修復(fù)，并輸出為STL格 式文件； 將STL文件導(dǎo)入到3D打印專用編輯軟件中，編輯STL格式的三維模型，設(shè)計(jì)選區(qū)激 光熔化過程中為了防止工藝品變形所需要的支撐，并對設(shè)計(jì)好支撐的三維模型進(jìn)行切片處 理，得到SLI二維切片數(shù)據(jù)文檔，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一 系列二維圖形。
【文檔編號】B22F3/24GK104259459SQ201410515188
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】吳鑫華, 梅俊發(fā), 康凱, 孫梅, 楚瑞坤, 胡鮮鮮 申請人:飛而康快速制造科技有限責(zé)任公司