一種3d打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成形領(lǐng)域，特別涉及一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)基于離散/堆積的分層制造原理，利用逐漸增加材料的方法來實現(xiàn)任意復(fù)雜形狀及結(jié)構(gòu)零部件或模具的一次性迅速精密制造成形，相對于傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)，具有明顯優(yōu)勢。金屬零件3D打印成形是3D打印技術(shù)要實現(xiàn)的最重要目標(biāo)，也是該技術(shù)發(fā)展的必然方向?，F(xiàn)有成熟的金屬3D打印技術(shù)主要有激光選區(qū)燒結(jié)(Selective LaserSintering，SLS)、選區(qū)激光恪化(Selective Laser Melting，SLM)、激光近凈成形(LaserEngineering Net Shaping，LENS)和電子束選區(qū)恪化技術(shù)(Electron Beam SelectiveMelting，EBSM)等，雖然國內(nèi)外在相關(guān)技術(shù)研宄及設(shè)備開發(fā)方面取得了較多的成果，但仍然存在成形效率低下、技術(shù)及設(shè)備成本高、可加工材料有限等問題，目前僅航空航天及軍工領(lǐng)域有部分應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)及設(shè)備的規(guī)?；瘧?yīng)用亟待解決。
[0003]多金屬噴射沉積3D打印成形技術(shù)以最少的工序，直接從液態(tài)金屬制造近終形零件，具有設(shè)備及運行成本低、可成形材料范圍廣、制造過程工序少等優(yōu)點。同時，采用該技術(shù)進(jìn)行金屬件成形過程中，由于熔融金屬流動性較好及臺階效應(yīng)等，導(dǎo)致成形件表面質(zhì)量不高。精密銑削是較成熟的一種金屬零部件加工技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于金屬零部件的表面精加工處理，所加工表面具有尺寸精度高，質(zhì)量好等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述問題，將多金屬噴射沉積3D打印成形技術(shù)與精密銑削技術(shù)進(jìn)行有效復(fù)合，并提供一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，該方法適用于具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)及多材料復(fù)合金屬件的快速、高效、低成本制造。方法具體實施步驟如下:
①首先通過建模軟件建立預(yù)成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對模型進(jìn)行分層處理并得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件再被轉(zhuǎn)換成能夠直接被成形設(shè)備所識別的成形路徑驅(qū)動信號文件；
②噴射沉積成形設(shè)備在成形路徑驅(qū)動信號控制下進(jìn)行液態(tài)金屬的逐層沉積成形；
③銑削加工系統(tǒng)必要時在成形路徑驅(qū)動信號控制下對當(dāng)前沉積層進(jìn)行銑削精整加工；
④通過逐層的噴射+銑削精整加工過程，最終得到預(yù)成形金屬件。
[0005]進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬的噴射沉積3D打印過程中，各層及每一層不同區(qū)域可以采用相同或不同金屬材料進(jìn)行沉積成形，實現(xiàn)包含有不同種材料金屬零部件的柔性制造，滿足零部件的使用和性能要求。
[0006]進(jìn)一步地，所述銑削精整加工過程根據(jù)預(yù)成形金屬件的結(jié)構(gòu)特點，可以是每一層噴射沉積完后便轉(zhuǎn)換工位進(jìn)行銑削，也可以是噴射沉積完若干層后再進(jìn)行銑削精整加工。
[0007]進(jìn)一步地，所述復(fù)合成形過程可以根據(jù)預(yù)制金屬件的結(jié)構(gòu)特點，采用逐層反復(fù)噴射沉積+銑削精整的方法，在層與層之間以及每一層上不同區(qū)域成形出復(fù)雜的細(xì)微結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法工藝流程圖。
[0009]圖2為本發(fā)明3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法裝置示意圖。
[0010]圖3為采用本發(fā)明3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法進(jìn)行多材料金屬件成形過程不意圖。
[0011]圖4為采用本發(fā)明3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法進(jìn)行具有微結(jié)構(gòu)金屬件成形過程示意圖。
[0012]具體實施方法
以下結(jié)合附圖對采用本發(fā)明一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法進(jìn)行金屬件制造的過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]本發(fā)明方法具體實施步驟如下。
[0014]1、模型建立及數(shù)據(jù)處理:首先建立預(yù)成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對三維模型進(jìn)行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件被轉(zhuǎn)換成能夠直接被成形設(shè)備所識別的掃描驅(qū)動信號文件；
2、噴射沉積成形金屬材料I(或2):噴頭I在成形路徑驅(qū)動信號控制下按照第一層成形路徑規(guī)劃，向成形平臺上噴射沉積液態(tài)金屬材料I (或2);
3、工位轉(zhuǎn)換:通過成形平臺移動將第一層成形金屬I(或2)由噴射沉積成形工位轉(zhuǎn)換到銑削精整工位；
4、銑削精整:銑刀在驅(qū)動信號控制下對第一層成形金屬I(或2)進(jìn)行表面銑削精整處理和微結(jié)構(gòu)加工；
5、工位轉(zhuǎn)換:通過成形平臺移動將第一層成形金屬I(或2)由銑削精整工位轉(zhuǎn)換到噴射沉積成形工位；
6、噴射沉積成形金屬材料2(或I):噴頭2 (或I)在掃描驅(qū)動信號控制下按照第一層掃描路徑規(guī)劃，向成形平臺上噴射沉積液態(tài)金屬材料2 ；
7、工位轉(zhuǎn)換:通過成形平臺移動將第一層成形金屬由噴射沉積成形工位轉(zhuǎn)換到銑削精整工位；
8、銑削精整:銑刀在驅(qū)動信號控制下對第一層成形金屬2(或I)進(jìn)行表面銑削精整處理和微結(jié)構(gòu)加工；
9、工位轉(zhuǎn)換，成形平臺下降一個層厚高度；
10、重復(fù)步驟2-9，直至金屬件成形完成；
11、待金屬件冷卻后，從成形平臺取下，裝置整理、清掃。
[0015]以上所述僅為本發(fā)明的基本步驟而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，該方法適用于高質(zhì)量金屬件的快速、高效、直接制造。
2.具體實施步驟為: ①首先建立預(yù)成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對模型進(jìn)行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件被轉(zhuǎn)換成能夠直接被成形設(shè)備所識別的成形路徑驅(qū)動信號文件； ②噴射沉積成形設(shè)備在掃描驅(qū)動信號控制下進(jìn)行液態(tài)金屬的逐層沉積成形； ③銑削加工系統(tǒng)必要時對當(dāng)前沉積層進(jìn)行銑削精整加工； ④重復(fù)以上過程，直至整個金屬件成形完畢。
3.如權(quán)利要求1所述的一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，其特征在于，所述液態(tài)金屬的噴射沉積3D打印過程中，各層及每一層不同區(qū)域可以采用相同或不同金屬材料進(jìn)行沉積成形。
4.如權(quán)利要求1所述的一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，其特征在于，所述銑削精整加工過程即可以是每一層噴射沉積完后便轉(zhuǎn)換工位進(jìn)行銑削，也可以是噴射沉積完若干層后再進(jìn)行銑削精整加工。
5.如權(quán)利要求1所述的一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，其特征在于，所述復(fù)合成形過程可以根據(jù)預(yù)制金屬件的結(jié)構(gòu)特點，采用逐層反復(fù)噴射沉積+銑削精整的方法，實現(xiàn)層與層之間以及每一層上不同區(qū)域復(fù)雜細(xì)微結(jié)構(gòu)的高效成形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種3D打印復(fù)合銑削的金屬件成形方法，屬于快速成形技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先建立預(yù)成形金屬件的三維模型，然后采用分層軟件對模型進(jìn)行分層處理得到層片數(shù)據(jù)文件，層片數(shù)據(jù)文件被轉(zhuǎn)換成能夠直接被成形設(shè)備所識別的成形路徑驅(qū)動信號文件。噴射沉積成形設(shè)備在掃描驅(qū)動信號控制下進(jìn)行液態(tài)金屬的逐層沉積成形，銑削加工系統(tǒng)必要時對沉積層進(jìn)行銑削精整加工，通過逐層噴射+銑削，最終得到成形精度較高的金屬零件。成形過程中，噴射沉積金屬層的余熱可以有效降低銑削難度。同時，該復(fù)合成形方法可以有效解決噴射沉積3D打印成形的階梯效應(yīng)對成形件尺寸精度及表面質(zhì)量產(chǎn)生的影響，并可以實現(xiàn)具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)及多材料復(fù)合金屬件的快速、高效、低成本制造。
【IPC分類】B22F3-115, B22F3-105
【公開號】CN104550954
【申請?zhí)枴緾N201410792218
【發(fā)明人】單忠德, 楊立寧, 劉豐, 戎文娟, 劉倩
【申請人】機械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月19日