一種基於超聲振動的金屬3D列印零部件應力消除方法與流程

2024-02-20 15:24:15

本發明涉及一種基於超聲振動的金屬3d列印零部件應力消除方法，屬於3d列印技術領域。

背景技術：

雷射選區熔化成形技術(金屬3d列印技術一種)是以原型製造技術為基本原理發展起來的一種先進的雷射增材製造技術。

通過專用軟體對零件三維數模進行切片分層，獲得各截面的輪廓數據後，利用高能量雷射束根據輪廓數據逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，製造三維實體零件。

突破了傳統製造工藝的變形成形和去除成形的常規思路，可根據零件三維數模，利用金屬粉末無需任何工裝夾具和模具，直接獲得任意複雜形狀的實體零件，實現「淨成形」的材料加工新理念，特別適用於製造具有複雜內腔結構的難加工鈦合金、高溫合金等零件。

但是，在成形過程中，金屬粉末被完全熔化，局部溫度可以達到3000度以上，成形的熔池尺寸往往在幾百微米以內，未熔化部分仍然保持著室溫，因此形成很強的溫度梯度，由於材料的熱脹冷縮，加熱部位和室溫部位產生很大的熱應力。列印過程中殘餘應力逐漸積累，當應力超過材料的抗拉強度以後，材料基體發生破壞，形成裂紋。根據裂紋擴展的距離，分成微觀裂紋和宏觀裂紋。宏觀裂紋導致材料的使用失效，可以很容易檢測。影響最大的微觀裂紋在材料內部，很難通過常規的超聲波探傷等檢測到，產生很大的潛在威脅。因此，必須對金屬3d列印中產生的殘餘應力加以消除。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述的不足，提供一種基於超聲振動的金屬3d列印零部件應力消除方法。

本發明的一種基於超聲振動的金屬3d列印零部件應力消除方法，包括安裝在3d列印成形基板下的超聲波發生器，以及和超聲波發生器連接的振動頻率控制器，還包括用於檢測3d列印層級的層級測量裝置；還包括材料控制模塊以及材料應力測量儀；

將超聲波發生器置於3d列印成形基板下，通過傳輸部件，將超聲波發生器產生的振動引入到成形基板上；

振動頻率控制器和超聲波發生器連接，通過振動頻率控制器調節超聲波發生器的振動頻率和時間；

層級測量裝置和振動頻率控制器連接，層級測量裝置為雷射探測器，用於探測3d列印物體的列印層級，並將列印層級反饋給振動頻率控制器；

應力測量儀和振動頻率控制器連接；

材料控制模塊和3d列印頭連接；

步驟為：

s1：開啟3d列印過程雷射開始熔化粉末，當單層列印完成時，啟動超聲波發生器，在材料控制模塊內根據不同的材料設置列印參數；

s2：通過材料應力測量儀和層級測量裝置反饋的數據，控制振動頻率控制器的參數，讓超聲波發生器振動持續一段時間；

s3：對材料殘餘應力傾向大的，提高振動頻率控制器的參數，使得振動時間響應延長；對傾向小的時間略短；

s4：超聲振動結束之後，繼續下一層的列印；

s5：對於殘餘應力傾向低的材料，通過層級測量裝置提高檢測層級，在列印數層之後再開啟超聲波發生器，進行一次超聲振動。

本發明的有益效果在於：本發明相比於傳統的直接金屬3d列印，本發明提出的超聲波應力消除方法及裝置可以有效消除殘應力，消除微觀裂紋等缺陷。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明的優選實施例進行詳細闡述，以使發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。

本發明的一種基於超聲振動的金屬3d列印零部件應力消除方法，包括安裝在3d列印成形基板1下的超聲波發生器2，以及和超聲波發生器2連接的振動頻率控制器3，還包括用於檢測3d列印層級的層級測量裝置4；還包括材料控制模塊5以及材料應力測量儀6；

將超聲波發生器2置於3d列印成形基板1下，通過傳輸部件，將超聲波發生器2產生的振動引入到成形基板1上；

振動頻率控制器3和超聲波發生器2連接，通過振動頻率控制器3調節超聲波發生器2的振動頻率和時間；

層級測量裝置4和振動頻率控制器3連接，層級測量裝置4為雷射探測器，用於探測3d列印物體的列印層級，並將列印層級反饋給振動頻率控制器3；

應力測量儀6和振動頻率控制器4連接；

材料控制模塊5和3d列印頭7連接；

步驟為：

s1：開啟3d列印過程雷射開始熔化粉末，當單層列印完成時，啟動超聲波發生器2，在材料控制模塊5內根據不同的材料設置列印參數；

s2：通過材料應力測量儀6和層級測量裝置4反饋的數據，控制振動頻率控制器3的參數，讓超聲波發生器2振動持續一段時間；

s3：對材料殘餘應力傾向大的，提高振動頻率控制器3的參數，使得振動時間響應延長；對傾向小的時間略短；

s4：超聲振動結束之後，繼續下一層的列印；

s5：對於殘餘應力傾向低的材料，通過層級測量裝置4提高檢測層級，在列印數層之後再開啟超聲波發生器，進行一次超聲振動。

實施例1：

1.利用計算機三維造型軟體(如ug，proe)設計出零件的cad三維模型，然後由切片軟體處理後保存為stl文件，將文件導入金屬3d印表機中；

2.開啟超聲波發生器，同時開啟雷射器，鋪粉棍鋪上一層厚約為0.1-0.2mm的粉層，調整雷射功率；

3.雷射器沿著切片信息掃描，粉末隨之熔化，並在振動下凝固結晶；

4.重複2-3步驟，直至整個零件加工完成；

5.最後從分粉末中取出零件。

實施例2：

1.利用計算機三維造型軟體(如ug，proe)設計出零件的cad三維模型，然後由切片軟體處理後保存為stl文件，將文件導入金屬3d印表機中；

2.鋪粉輥鋪金屬粉一層，厚度0.05mm，開啟雷射器沿著切片信 息掃描，粉末隨之熔化，列印完成一層；

3.開啟超聲波振動裝置，振幅1微米，頻率50khz，持續3s；

4.重複2-3步驟，直至整個零件加工完成；

5.最後從分粉末中取出零件。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的構思和範圍進行限定。在不脫離本發明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發明的保護範圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。