用于層間沖擊強化的金屬3d打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，強化噴嘴，熔覆噴嘴用于噴射粉末，強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，解決了現(xiàn)有金屬3D打印過程中在成形件內(nèi)部所產(chǎn)生的孔洞、疏松等缺陷的技術(shù)問題。
【專利說明】用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種金屬零件3D打印【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]金屬3D打印技術(shù)是一種能通過點、線、面的累加而直接成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜且力學(xué)性能優(yōu)異的金屬零件的先進制造技術(shù)。然而在成形過程中逐點累加成形的工作原理導(dǎo)致成形件內(nèi)部幾乎不可避免的產(chǎn)生孔洞、疏松等缺陷，并且對于大部分材料成形件內(nèi)部還容易出現(xiàn)微裂紋。即便是采用可成形性最好的材料來成形零件并經(jīng)過熱等靜壓及熱處理等工藝對零件進行后處理，其高溫力學(xué)性能如高溫疲勞性能依然無法達到鍛件的標(biāo)準(zhǔn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有金屬3D打印過程中在成形件內(nèi)部所產(chǎn)生的孔洞、疏松等缺陷的技術(shù)問題，本實用新型提供一種用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)。
[0004]為達到以上目的，本實用新型采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0005]用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特殊之處在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光。
[0006]上述熔覆噴嘴設(shè)置在中心，所述強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，所述強化噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴丸。
[0007]上述強化噴嘴設(shè)置在中心，所述熔覆噴嘴設(shè)置在強化噴嘴外圍，所述熔覆噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴射粉末。
[0008]上述熔覆噴嘴包括多個噴管，所述強化噴嘴包括多個噴管，所述熔覆噴嘴的噴管和強化噴嘴的噴管依次相間排布且圓周均布。
[0009]上述強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，所述強化噴嘴包括3-5個激光頭，每個激光頭可單獨發(fā)射激光。
[0010]上述強化噴嘴包括I個激光頭，所述激光頭設(shè)置在正中心；所述熔覆噴嘴設(shè)置強化噴嘴的外圍。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點是:
[0012]本實用新型可以用于金屬3D成形過程中分階段沖擊已成形的熔覆層，從而消除熔覆層內(nèi)部的空洞、疏松、微裂紋等缺陷提高成形件的致密度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型方法在金屬3D成形過程中采用沖擊強化的原理示意圖；
[0014]圖2是在金屬3D成形過程中采用機械噴丸強化案例示意圖。
[0015]圖3為圖2中噴嘴的俯視圖。
[0016]其中附圖標(biāo)記為:1-激光頭，2-強化噴嘴，3-熔覆層，4-基材，5-加熱板，6_外邊界區(qū)6，7-中間區(qū)7,8-內(nèi)邊界區(qū)8，9-熔覆噴嘴，10-強化噴嘴，11-強化丸，12-粉末。

【具體實施方式】
[0017]圖1是金屬3D成形過程中采用沖擊強化的原理示意圖；采用該原理的打印機可使用本實用新型的用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，本實用新型的噴嘴結(jié)構(gòu)包括熔覆噴嘴，熔覆噴嘴用于噴射粉末，還包括強化噴嘴，強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光。
[0018]本實用新型中的強化噴嘴與熔覆噴嘴之間的相互配合結(jié)構(gòu)可以有五種:第一種是熔覆噴嘴設(shè)置在中心，強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，強化噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴丸。第二種是強化噴嘴設(shè)置在中心，熔覆噴嘴設(shè)置在強化噴嘴外圍，熔覆噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴射粉末；第三種是熔覆噴嘴包括多個噴管，強化噴嘴包括多個噴管，熔覆噴嘴的噴管和強化噴嘴的噴管依次相間排布且圓周均布；第四種是強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，強化噴嘴包括3-5個激光頭，每個激光頭可單獨發(fā)射激光；第五種強化噴嘴包括I個激光頭，激光頭設(shè)置在正中心；熔覆噴嘴設(shè)置強化噴嘴的外圍。
[0019]圖2所示為在3D打印Ti合金零件過程中對Ti合金熔覆層采用噴丸沖擊強化的示意圖。噴丸強化噴嘴與同軸的熔覆噴嘴及用于金屬粉末加熱的激光聚焦頭集成為一體，且熔覆噴嘴和強化噴嘴各包括多個噴管，熔覆噴嘴的噴管和強化噴嘴的噴管依次相間排布且圓周均布，可以在完成一定層數(shù)的堆積后迅速對堆積層進行沖擊強化而不需要其他的輔助設(shè)備，其基本步驟如下:
[0020]I】熔覆層成形:
[0021]首先采用金屬3D打印技術(shù)在基材表面形成若干熔覆層，每一層熔覆層的層厚
0.05-0.3mm,當(dāng)熔覆層達到一定厚度時，停止3D打印成形；
[0022]2】熔覆層加熱:
[0023]通過加熱裝置將熔覆層上表面加熱到100°C -700°C ；
[0024]3】熔覆層分區(qū):
[0025]將熔覆層分為邊界區(qū)和中間區(qū)7 ;其中邊界區(qū)由外邊界區(qū)6組成，或者由外邊界區(qū)6和內(nèi)邊界區(qū)8組成；外邊界區(qū)6為零件外輪廓向零件內(nèi)部偏移0.5-3mm所形成的閉合曲線與該外輪廓形成的封閉區(qū)域，內(nèi)邊界區(qū)8為零件內(nèi)輪廓向零件內(nèi)部偏移0.5-3_所形成的閉合曲線與該內(nèi)輪廓形成的封閉區(qū)域；中間區(qū)7為除邊界區(qū)之外的其他區(qū)域；
[0026]4】熔覆層強化:
[0027]強化順序為先邊界區(qū)再中間區(qū)7，且中間區(qū)強化時的覆蓋率為邊界區(qū)的0.5-0.8倍;
[0028]5】熔覆層繼續(xù)成形:
[0029]在強化后的熔覆層頂部繼續(xù)形成若干熔覆層，層厚0.05-0.3mm ；
[0030]6】重復(fù)步驟2、3、4、5直至金屬3D打印件成形完成。
[0031]在本實用新型中，由于在不同條件(不同強化方式，不同成形材料)下沖擊強化所能穿透的沉積層厚度有較大的差異，所以強化前已成形層數(shù)需要根據(jù)具體條件的不同而進行設(shè)定。如采用機械噴丸強化時需要逐層或者每隔幾層進行一次沖擊強化，而采用激光沖擊強化時則可以在成形十層甚至幾十層后進行一次沖擊強化。
[0032]在本實用新型中，根據(jù)材料的不同屬性(如塑形)可將加熱溫度設(shè)置為不同的預(yù)定值，這樣可以更好地發(fā)揮沖擊強化在增強零件致密度方面的能力。
[0033]在本實用新型中，可以在熔覆層的不同位置采取不同的強化參數(shù)(包括壓力、次數(shù)、速度、噴丸質(zhì)量大小、移動速度、移動間距等)，或者按照一定的次序調(diào)整熔覆層不同位置的強化次序，進而達到通過調(diào)整強化的工藝來調(diào)節(jié)零件內(nèi)部不同位置處的殘余應(yīng)力的性質(zhì)和大小，從而達到在增加致密度的同時保證成形件精度的效果。
【權(quán)利要求】
1.用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特征在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，所述熔覆噴嘴設(shè)置在中心，所述強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，所述強化噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴丸。
2.用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特征在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，所述強化噴嘴設(shè)置在中心，所述熔覆噴嘴設(shè)置在強化噴嘴外圍，所述熔覆噴嘴包括3-5個噴管，每個噴管可通過電氣系統(tǒng)控制實現(xiàn)單獨噴射粉末。
3.用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特征在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，所述熔覆噴嘴包括多個噴管，所述強化噴嘴包括多個噴管，所述熔覆噴嘴的噴管和強化噴嘴的噴管依次相間排布且圓周均布。
4.用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特征在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，所述強化噴嘴設(shè)置在熔覆噴嘴外圍，所述強化噴嘴包括3-5個激光頭，每個激光頭可單獨發(fā)射激光。
5.用于層間沖擊強化的金屬3D打印機一體式噴嘴結(jié)構(gòu)，包括熔覆噴嘴，所述熔覆噴嘴用于噴射粉末，其特征在于:還包括強化噴嘴，所述強化噴嘴用于噴射噴丸或發(fā)射激光，所述強化噴嘴包括I個激光頭，所述激光頭設(shè)置在正中心；所述熔覆噴嘴設(shè)置強化噴嘴的外圍。
【文檔編號】B22F3/115GK203992399SQ201420153445
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】賀斌, 趙衛(wèi), 楊小君, 江浩, 李睿 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所