CN109732089A - 一种纯钨3d打印增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纯钨3D打印增材制造方法，属于纯钨加工制造领域，该纯钨3D打印增材制造方法具体步骤为准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干、将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上、在3D打印设备上准备建模工作、建模后，再进行曲面分层，建立支撑、设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数和后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理。本发明采用激光3D打印制造钨及钨合金零件代替传统的机械加工和粉末冶金方法，可以缩短机械加工的工时，节约加工成本，提高生产效率；克服传统粉末冶金加工方法工序繁的缺点，减少杂质的混入，通过激光3D打印的零件的精度高、成形性好和综合力学性能高。
Description
技术领域
本发明属于纯钨加工制造技术领域，尤其涉及一种纯钨3D打印增材制造方法。
背景技术
钨是具有体心立方的高熔点、高密度、高硬度的金属，同时因其具有耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小等特点，而被广泛应用于航空航天、冶金工业、军事装备、电子和化工等领域。由于钨及钨合金的熔点高、表面张力较大的材料特性制约，制约钨及钨合金激光3D打印技术的发展。激光3D打印过程中，钨粉末与激光的相互作用过程复杂，导致钨材料的成形难于控制，特别是一些较复杂曲面薄板件，打印过程中会产生较大的应力。
纯钨零件3D打印过程是断层扫描的逆过程，即将零件分层，一层一层的打印，然后叠加到一起，成为一个立体物体。纯钛薄壁曲面零件激光3D打印增材制造技术，是通过高能激光束逐层融化纯钛粉末，进而实现任意纯钛复杂曲面零件的制造。该技术既可以克服传统减材制造原材料利用率低，又能细化晶粒，使得成形零件结构强度大幅度提高。但由于激光增材制造过程中快热快冷、高梯度热-力-流多场耦合等特点，使得纯钨薄壁零件内存在较高的内应力，从而使钛薄壁零件容易变形。研究中发现可通过调整激光扫描的相关参数和后续热处理来减轻或消除相关应力，获得质量较好的纯钨薄壁曲面零件。
目前对于纯钨零件的加工主要是采用机械加工法和粉末冶金法生产。
但是，现有的3D打印制造方法存在着激光功率以及打印参数难以确定，对于薄壁零件容易晃动以及变形和打印过程中的变形量控制、精度控制不精确的问题。
因此，发明一种纯钨3D打印增材制造方法显得非常必要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种纯钨3D打印增材制造方法，以解决现有的3D打印制造方法存在着激光功率以及打印参数难以确定，对于薄壁零件容易晃动以及变形和打印过程中的变形量控制、精度控制不精确的问题，一种纯钨3D打印增材制造方法具体包括以下步骤：
步骤一：准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干：准备合理范围内尺寸的纯钨薄片，取一块海绵块浸入抗氧化剂中，等待合理范围内时间，取出海绵块在纯钨薄片表面进行清刷，随后放置在通风处晾干；
步骤二：将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上：置放时通过夹子将晾干后的纯钨薄片夹装在待加工打印平台上，保持纯钨薄片的平整性；
步骤三：在3D打印设备上准备建模工作：用UG三维软件创建复杂曲面薄板零件的三维模型，然后将创建好的三维模型文件，以STL格式导出，以便后续分层处理和建立支撑；
步骤四：建模后，再进行曲面分层，建立支撑：将UG三维软件中导出的STL文件放入切片软件Materialise Magics中进行分层切片处理；分层时，要根据零件的尺寸和形状选择合理范围内的层厚，特别是零件的一些尖角和过渡部分要重点考虑；对于复杂曲面薄板零件来说，为了防止零件产生较大的内应力和变形还需要对相应部分加支撑，将分层处理和建立支撑以后的模型以STL格式导出，对纯钨薄片进行扫描，以便打印过程中可以将相关前处理信息转换成3D打印机可识别的G语言；
步骤五：设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数：填充扫描功率：450W；填充扫描速度：500mm/s；填充扫描线间隙：0.05mm；轮廓扫描功率：320W；轮廓扫描速度：600mm/s；棋盘格向量数/大小：8×8；棋盘格扫描功率：450W(填充功率)、320W(轮廓扫描功率)；棋盘格扫描速度：500mm/s(填充扫描速度)、300mm/s(轮廓扫描速度)；棋盘格填充扫描线间隙：0.06mm；层间旋转角度：67°；
步骤六：后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理：将打印好的纯钨复杂薄壁零件置于真空热处理炉中，保温，随炉冷却取出空冷。
优选地，在步骤一中，所述的抗氧化剂采用茶多酚剂，生育酚剂或者黄酮剂的一种。
优选地，在步骤一中，所述的晾干时间设置为35min至40min。
优选地，在步骤四中，所述的支撑方式采用网状支撑方式。
优选地，在步骤四中，所述的切片厚度为0.03mm-0.032mm。
优选地，在步骤四中，所述的扫描方式设置为棋盘扫描方式。
优选地，在步骤六中，所述的真空热处理炉温度设置为950℃至1200℃。
优选地，在步骤六中，所述的保温温度设置为2h至3h。
优选地，在步骤六中，所述的随炉冷却温度设置为240℃至245℃。
优选地，在步骤六中，所述的冷却速度设置为28℃/h至30℃/h。
优选地，在步骤六中，所述的真空度大于10-1Pa。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于本发明的一种纯钨3D打印增材制造方法广泛应用于纯钨加工制造技术领域。本发明采用激光3D打印制造钨及钨合金零件代替传统的机械加工和粉末冶金方法，可以缩短机械加工的工时，节约加工成本，提高生产效率；克服传统粉末冶金加工方法工序繁的缺点，减少杂质的混入，另外，激光3D打印属于急热快冷的加工过程，可细化零件的晶粒，所以，通过激光3D打印的零件的精度高、成形性好和综合力学性能高。
附图说明
图1是纯钨3D打印增材制造方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
图中：
如附图1所示
一种纯钨3D打印增材制造方法具体包括以下步骤：
S101：准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干：准备合理范围内尺寸的纯钨薄片，取一块海绵块浸入抗氧化剂中，等待合理范围内时间，取出海绵块在纯钨薄片表面进行清刷，随后放置在通风处晾干；
S102：将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上：置放时通过夹子将晾干后的纯钨薄片夹装在待加工打印平台上，保持纯钨薄片的平整性；
S103：在3D打印设备上准备建模工作：用UG三维软件创建复杂曲面薄板零件的三维模型，然后将创建好的三维模型文件，以STL格式导出，以便后续分层处理和建立支撑；
S104：建模后，再进行曲面分层，建立支撑：将UG三维软件中导出的STL文件放入切片软件Materialise Magics中进行分层切片处理；分层时，要根据零件的尺寸和形状选择合理范围内的层厚，特别是零件的一些尖角和过渡部分要重点考虑；对于复杂曲面薄板零件来说，为了防止零件产生较大的内应力和变形还需要对相应部分加支撑，将分层处理和建立支撑以后的模型以STL格式导出，对纯钨薄片进行扫描，以便打印过程中可以将相关前处理信息转换成3D打印机可识别的G语言；
S105：设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数：填充扫描功率：450W；填充扫描速度：500mm/s；填充扫描线间隙：0.05mm；轮廓扫描功率：320W；轮廓扫描速度：600mm/s；棋盘格向量数/大小：8×8；棋盘格扫描功率：450W(填充功率)、320W(轮廓扫描功率)；棋盘格扫描速度：500mm/s(填充扫描速度)、300mm/s(轮廓扫描速度)；棋盘格填充扫描线间隙：0.06mm；层间旋转角度：67°；
S106：后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理：将打印好的纯钨复杂薄壁零件置于真空热处理炉中，保温，随炉冷却取出空冷。
优选地，在S101中，所述的抗氧化剂采用茶多酚剂，生育酚剂或者黄酮剂的一种。
优选地，在S101中，所述的晾干时间设置为35min至40min。
优选地，在S104中，所述的支撑方式采用网状支撑方式。
优选地，在S104中，所述的切片厚度为0.03mm-0.032mm。
优选地，在S104中，所述的扫描方式设置为棋盘扫描方式。
优选地，在S106中，所述的真空热处理炉温度设置为950℃至1200℃。
优选地，在S106中，所述的保温温度设置为2h至3h。
优选地，在S106中，所述的随炉冷却温度设置为240℃至245℃。
优选地，在S106中，所述的冷却速度设置为28℃/h至30℃/h。
优选地，在S106中，所述的真空度大于10-1Pa。
具体实施实例1:
1、准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干：准备厚度为0.03mm的纯钨薄片，取一块海绵块浸入抗氧化剂中，等待合理范围内时间，取出海绵块在纯钨薄片表面进行清刷，随后放置在通风处晾干，等待35min；
2、将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上：置放时通过夹子将晾干后的纯钨薄片夹装在待加工打印平台上，保持纯钨薄片的平整性；
3、在3D打印设备上准备建模工作：用UG三维软件创建复杂曲面薄板零件的三维模型，然后将创建好的三维模型文件，以STL格式导出，以便后续分层处理和建立支撑；
4、建模后，再进行曲面分层，建立支撑：将UG三维软件中导出的STL文件放入切片软件Materialise Magics中进行分层切片处理；分层时，要根据零件的尺寸和形状选择合理范围内的层厚，特别是零件的一些尖角和过渡部分要重点考虑；对于复杂曲面薄板零件来说，为了防止零件产生较大的内应力和变形还需要对相应部分加支撑，将分层处理和建立支撑以后的模型以STL格式导出，对纯钨薄片进行扫描，以便打印过程中可以将相关前处理信息转换成3D打印机可识别的G语言；
5、设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数：填充扫描功率：450W；填充扫描速度：500mm/s；填充扫描线间隙：0.05mm；轮廓扫描功率：320W；轮廓扫描速度：600mm/s；棋盘格向量数/大小：8×8；棋盘格扫描功率：450W(填充功率)、320W(轮廓扫描功率)；棋盘格扫描速度：500mm/s(填充扫描速度)、300mm/s(轮廓扫描速度)；棋盘格填充扫描线间隙：0.06mm；层间旋转角度：67°；
6、后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理：将打印好的纯钨复杂薄壁零件置于真空热处理炉中，真空度大于10-1Pa，炉温缓慢升至950℃至1200℃，保温2h至3h，随炉温度240℃并以冷却速度为28℃/h的方式进行冷却，随后取出空冷。
具体实施实例2:
1、准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干：准备厚度为0.032mm的纯钨薄片，取一块海绵块浸入抗氧化剂中，等待合理范围内时间，取出海绵块在纯钨薄片表面进行清刷，随后放置在通风处晾干，等待40min；
2、将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上：置放时通过夹子将晾干后的纯钨薄片夹装在待加工打印平台上，保持纯钨薄片的平整性；
3、在3D打印设备上准备建模工作：用UG三维软件创建复杂曲面薄板零件的三维模型，然后将创建好的三维模型文件，以STL格式导出，以便后续分层处理和建立支撑；
4、建模后，再进行曲面分层，建立支撑：将UG三维软件中导出的STL文件放入切片软件Materialise Magics中进行分层切片处理；分层时，要根据零件的尺寸和形状选择合理范围内的层厚，特别是零件的一些尖角和过渡部分要重点考虑；对于复杂曲面薄板零件来说，为了防止零件产生较大的内应力和变形还需要对相应部分加支撑，将分层处理和建立支撑以后的模型以STL格式导出，对纯钨薄片进行扫描，以便打印过程中可以将相关前处理信息转换成3D打印机可识别的G语言；
5、设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数：填充扫描功率：450W；填充扫描速度：500mm/s；填充扫描线间隙：0.05mm；轮廓扫描功率：320W；轮廓扫描速度：600mm/s；棋盘格向量数/大小：8×8；棋盘格扫描功率：450W(填充功率)、320W(轮廓扫描功率)；棋盘格扫描速度：500mm/s(填充扫描速度)、300mm/s(轮廓扫描速度)；棋盘格填充扫描线间隙：0.06mm；层间旋转角度：67°；
6、后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理：将打印好的纯钨复杂薄壁零件置于真空热处理炉中，真空度大于10-1Pa，炉温缓慢升至950℃至1200℃，保温2h至3h，随炉温度245℃并以冷却速度为30℃/h的方式进行冷却，随后取出空冷。
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，该种纯钨3D打印增材制造方法具体包括以下步骤：
步骤一：准备纯钨薄片，清理，擦拭，晾干：准备合理范围内尺寸的纯钨薄片，取一块海绵块浸入抗氧化剂中，等待合理范围内时间，取出海绵块在纯钨薄片表面进行清刷，随后放置在通风处晾干；
步骤二：将打印基板进行处理后，安装在3D打印设备的打印平台上：置放时通过夹子将晾干后的纯钨薄片夹装在待加工打印平台上，保持纯钨薄片的平整性；
步骤三：在3D打印设备上准备建模工作：用UG三维软件创建复杂曲面薄板零件的三维模型，然后将创建好的三维模型文件，以STL格式导出，以便后续分层处理和建立支撑；
步骤四：建模后，再进行曲面分层，建立支撑：将UG三维软件中导出的STL文件放入切片软件Materialise Magics中进行分层切片处理；分层时，要根据零件的尺寸和形状选择合理范围内的层厚，特别是零件的一些尖角和过渡部分要重点考虑；对于复杂曲面薄板零件来说，为了防止零件产生较大的内应力和变形还需要对相应部分加支撑，将分层处理和建立支撑以后的模型以STL格式导出，对纯钨薄片进行扫描，以便打印过程中可以将相关前处理信息转换成3D打印机可识别的G语言；
步骤五：设置纯钨复杂薄壁零件激光3D打印参数：填充扫描功率：450W；填充扫描速度：500mm/s；填充扫描线间隙：0.05mm；轮廓扫描功率：320W；轮廓扫描速度：600mm/s；棋盘格向量数/大小：8×8；棋盘格扫描功率：450W(填充功率)、320W(轮廓扫描功率)；棋盘格扫描速度：500mm/s(填充扫描速度)、300mm/s(轮廓扫描速度)；棋盘格填充扫描线间隙：0.06mm；层间旋转角度：67°；
步骤六：后处理，对激光3D打印纯钨复杂薄壁零件进行热处理：将打印好的纯钨复杂薄壁零件置于真空热处理炉中，保温，随炉冷却取出空冷。
2.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤一中，所述的抗氧化剂采用茶多酚剂，生育酚剂或者黄酮剂的一种。
3.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤一中，所述的晾干时间设置为35min至40min。
4.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤四中，所述的支撑方式采用网状支撑方式。
5.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤四中，所述的切片厚度为0.03mm-0.032mm。
6.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤四中，所述的扫描方式设置为棋盘扫描方式。
7.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤六中，所述的真空热处理炉温度设置为950℃至1200℃。
8.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤六中，所述的保温温度设置为2h至3h。
9.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤六中，所述的随炉冷却温度设置为240℃至245℃。
10.如权利要求1所述的纯钨3D打印增材制造方法，其特征在于，在步骤六中，所述的真空度大于10-1Pa。
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