一種超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬粉末增材制造領域，具體涉及一種適用于金屬粉末，特別是高溫合金、鈦合金粉末的增材制造技術。
【背景技術】
[0002]高溫合金、鈦合金等金屬零件廣泛應用于航空航天等高端領域。高溫合金、鈦合金金屬零件如采用傳統(tǒng)的鍛造+機械加工(減材制造)的方法加工，不僅需要重型鍛造設備，而且制造工序繁多、工藝復雜，零件機械加工余量很大，材料利用率低、制造成本高。
[0003]增材制造技術作為制造業(yè)中的新秀，是一項革命性新型制造技術。它采用逐層“打印”的方式由3D打印機打印出設計或者掃描的產品，大大節(jié)省了原材料，提高效率并降低成本；同時由于無需模具，可以簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周期。
[0004]增材制造技術為航空航天用高溫合金、鈦合金關鍵部件的制造提供了新途徑，但增材制造技術目前仍存在內部質量不高、致密度不夠、工藝穩(wěn)定性差等難題，零件的綜合機械性能不如鍛件，主要原因是3D打印粉體材料的純度不高以及打印過程中氧化等因素造成粉體間的結合不強。本發(fā)明采用超高壓惰性氣體保護下的增材制造技術制造高溫合金、鈦合金等金屬零件，全面提升高溫合金、鈦合金等金屬零件的綜合機械性能，使之達到或者超過相應鍛件的性能。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明針對現有技術中的不足，提供一種超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造方法。
[0006]實現本發(fā)明目的的技術方案為:
[0007]—種超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造方法，在增材制造成型設備外部設置一個加壓艙，在高能激光束或電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，往加壓艙內注入Ar、He等惰性氣體，使得加壓艙與增材制造成型設備內的壓力始終保持在5?30MPa的高壓下，其中，所述增材制造成型設備為3D打印機。
[0008]其中，所述增材制造的方法是選擇性激光燒結(SLM)、電子束熔化(EBM)和激光熔化金屬沉積(FMD)等中的一種。
[0009]其中，所述加壓艙的形狀為密封的長方體或正方體，加壓艙連接有高壓氣管和增壓栗。加壓艙外角圓角矩形均可。
[0010]加壓裝置根據金屬基3D打印機的外形尺寸確定，如現在德國SLM公司最大的金屬基3D打印機外形尺寸為4000*3000*2500mm，則加壓裝置的尺寸為4100*3100*2600mm，
[0011 ] 其中，所述加壓艙4材質為金屬，不需要透明，艙壁上安裝有觀察鏡。
[0012]進一步地，所述3D打印機為金屬基3D打印機。
[0013]其中，所述3D打印機的原料為高溫合金粉末或鈦合金粉末，所述高溫合金粉末選自Ni基高溫合金、Co基高溫合金、Fe基高溫合金粉末中的一種或多種。
[0014]所述鈦合金粉末可選自TC4、TC7、TC18等合金粉末。
[0015]本發(fā)明的方法中，所述3D打印機的打印溫度根據不同材料的熔點進行設定。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)勢在于，提供一種超高壓惰性氣氛下增材制造方法直接制造出金屬零件，特別適合于高溫合金、鈦合金等活潑易氧化金屬的增材制造。
[0017]本發(fā)明的方法具有以下顯著特點:①提高金屬零件的內部質量減少打印過程中的變形、開裂現象；③一定程度上提高金屬打印件的致密度；④打印過程中有效杜絕有害氣體(o2、n2)的侵入。
【附圖說明】
[0018]圖1:加壓艙和3D打印機的相對位置結構圖。
[0019]圖中，1-金屬基3D打印機；2_加壓艙；3_高壓氣管；4_增壓栗。
【具體實施方式】
[0020]現以以下最佳實施例來說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0021]實施例1:
[0022]如圖1，用于超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造的裝置，增材制造成型設備為金屬基3D打印機1 (德國SLM Solut1ns GmbH公司的SLM500金屬基3D打印機)打印機外部設置一個加壓艙2，在高能激光束/電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，往加壓艙內注入氬氣，增材制造的方法是選擇性激光燒結(SLM)。
[0023]加壓艙2的形狀為密封的長方體，加壓艙連接有高壓氣管3和增壓栗4。加壓艙2的尺寸為4100*3100*2600mm，不銹鋼材質，艙壁上設置有觀察鏡。
[0024]采用本實施例的裝置，以TC4球形粉末為原料(粉末粒徑10?30 μ m)，在壓力lOMPa、打印溫度1730°C的條件下進行結構件打印，成形件的晶粒尺寸細小均勻、致密度高、機械性能好，能夠達到或超過同成分鑄件的水平。
[0025]實施例2:
[0026]采用本實施例的裝置，以選擇性激光燒結(SLM)進行打印，以NiMol6Crl6Ti高溫合金粉末為原料(粉末粒徑10?20 μ m)，在壓力lOMPa、溫度1550°C的條件下進行結構件打印，成形件的晶粒尺寸細小均勻、致密度高、機械性能好，能夠達到或超過同成分鑄件的水平。
[0027]以上的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造方法，其特征在于，在增材制造成型設備外部設置一個加壓艙，在高能激光束或電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，往加壓艙內注入惰性氣體，使得加壓艙與增材制造成型設備內的壓力始終保持在5?30MPa的高壓下，其中，所述增材制造成型設備為3D打印機，所述惰性氣體是氬氣或氦氣。2.根據權利要求1所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述增材制造的方法是選擇性激光燒結(SLM)、電子束熔化(EBM)和激光熔化金屬沉積(FMD)中的一種。3.根據權利要求1所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述加壓艙的形狀為密封的長方體或正方體，加壓艙連接有高壓氣管和增壓栗。4.根據權利要求1所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述加壓艙4材質為金屬，不需要透明，艙壁上安裝有觀察鏡。5.根據權利要求1?4任一所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述3D打印機為金屬基3D打印機。6.根據權利要求1?4任一所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述3D打印機的原料為高溫合金粉末或鈦合金粉末，所述高溫合金粉末選自Ni基高溫合金、Co基高溫合金、Fe基高溫合金粉末中的一種或多種。7.根據權利要求6所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述3D打印機的打印溫度根據材料的熔點進行設定。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種超高壓惰性氣體保護下金屬粉末增材制造方法，在增材制造成型設備外部設計一個加壓艙，加壓艙與增材制造成型設備相通，在高能激光束/電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，往加壓艙內注入Ar、He等惰性氣體，使得加壓艙與增材制造成型設備內的壓力始終保持在高壓下。本發(fā)明提供一種超高壓惰性氣氛下增材制造方法直接制造高性能金屬零件，特別適合于高溫合金、鈦合金等活潑易氧化金屬的增材制造，具有以下顯著特點：①提高金屬零件的內部質量；②減少打印過程中的變形、開裂現象；③一定程度上提高金屬打印件的致密度；④打印過程中有效杜絕有害氣體的侵入。
【IPC分類】B22F3/105, B22F3/115
【公開號】CN105252000
【申請?zhí)枴緾N201510643812
【發(fā)明人】戴煜, 譚興龍, 鄧軍旺, 李禮, 易志明
【申請人】湖南頂立科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月8日