一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法技術

本發明專利技術涉及一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法。其技術方案是包括以下步驟：建立PDC鉆頭體的三維模型；對上述三維模型進行二維化處理；根據上述形成的二維圖形生成相應的激光掃描路徑；在增材制造設備加工平臺上均勻地鋪設多層金屬材料粉末；按所述激光掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺表面分離；以設計的PDC鉆頭體的技術要求為準，對鉆頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理；經探傷、清洗，最終形成制造完成PDC鉆頭體。有益效果是：克服了采用傳統減材制造方法制作的PDC鉆頭體結構形式單一的問題，同時其極大地彌補了傳統機加工和鑄造工藝的缺陷，提高了PDC鉆頭的整體性能、制作效率、降低了制作成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種石油開發鉆井裝置，特別涉及一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法。
技術介紹
????石油鉆井過程中，PDC鉆頭由于具有使用壽命較長、鉆進速度較快等特性而被廣泛應用，PDC鉆頭體主要由與鉆桿連接的絲扣、鉆頭體和焊接在鉆頭體的刀片三個部分組成，鉆頭體上設置有噴嘴孔，鉆頭體是金剛石鉆頭上起關鍵作用的部件，目前，PDC鉆頭體的制造主要有兩種方法，一是采用粉末冶金與鋼體經模具組合燒結而成，另一種是采用圓鋼經鍛造車銑加工而成，再將切削齒鑲嵌在鉆頭體上，屬于“減材制造”的機械生產方法，這兩種方法制造周期長、成本高，并且焊接處成為鉆頭的薄弱環節，難以實現降能環保和降低鉆井成本的需求。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法，克服傳統PDC鉆頭體制作繁瑣、成本高、周期長的問題。其技術方案是包括以下步驟：(1)建立PDC鉆頭體的三維模型；(2)對上述三維模型進行二維化處理，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一系列二維圖形；(3)根據上述形成的二維圖形生成相應的激光掃描路徑；(4)在增材制造設備加工平臺上均勻地鋪設第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60μm左右，厚度約為0.01mm-0.05mm；(5)利用高能激光或電子束按所述激光掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，掃描后的金屬材料粉末熔化后固結于所述加工平臺表面上；(6)在已經熔結了一層金屬材料粉末的加工平臺表面上鋪設第二層金屬材料粉末，厚度約為0.01mm-0.05mm；(7)依次重復步驟(5)、(6)，直至PDC鉆頭體熔結完畢；(8)再將熔結成型后的PDC鉆頭體與加工平臺一起從增材制造設備中移出，清理PDC鉆頭體表面與內部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺表面分離；(9)以設計的PDC鉆頭體的技術要求為準，對鉆頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理；(10)經探傷、清洗，最終形成制造完成PDC鉆頭體。上述的金屬材料粉末采用碳化鎢、合金鋼或者是二者的混合物。本專利技術的有益效果是：采用增材制造的方法來進行PDC鉆頭體的制作，通過電腦控制聚焦高能激光束或電子束的掃描路徑，在高溫下局部熔化粉末金屬材料、并逐層堆積，從而根據三維復雜電腦模型直接生成致密的PDC鉆頭實體，因而能根據客戶要求設計制造不同結構的PDC鉆頭體，克服了采用傳統減材制造方法制作的PDC鉆頭體結構形式單一的問題，同時其極大地彌補了傳統機加工和鑄造工藝的缺陷，提高了PDC鉆頭的整體性能、制作效率、降低了制作成本。附圖說明附圖1是本專利技術的結構示意圖；附圖2是本專利技術的制作流程框圖；上圖中：絲扣1、卸扣槽2、噴嘴孔3、刮刀翼4、PDC切削齒5、保徑與冠部6、鉆頭體7。具體實施方式????為了進一步了解本專利技術的
技術實現思路
、過程和功效，以下結合技術方案和附圖以通過一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法為例來說明本專利技術的具體實施例：本實施例中的PDC鉆頭體結構示意圖，如圖1所示，其具體操作步驟如圖2所示。根據設計具體要求，使用如AutoCAD、Unigraphics?NX，Pro-E或者CATIA等三維作圖軟件設計PDC鉆頭體的整體三維模型，包括PDC鉆頭體的絲扣1、卸扣槽2、噴嘴孔3、刮刀翼4、PDC切削齒5、保徑與冠部6、鉆頭體7等，使用軟件RP-Tools對PDC鉆頭體的三維模型進行二維化處理：即將該結構在Z軸方向切割成層厚均為0.01μm的一系列二維圖形層片，再將該系列二維圖形導入軟件EOS?PSW3.?5，該軟件根據圖像自動計算出每一層二維圖形的激光掃描路徑及使用參數，再在設備加工平臺表面鋪展第一層金屬材料粉末，然后計算機將根據導入PSW3.?5的首張二維圖像控制聚焦激光在粉層的相應位置進行掃描，高能的聚焦激光熔化其掃描路徑范圍內的金屬材料粉末，并將其與加工平臺牢牢的固定在一起。第一層燒結完畢后，在加工平臺表面鋪展第二層金屬材料粉末，之后電腦控制激光光源依照第二層數模的圖形選擇性熔化金屬材料粉末，并與第一層結構融合在一起，重復依次上述第二層燒結步驟，直到完成整個PDC鉆頭體的制造，然后將與熔結于加工平臺的PDC鉆頭體與加工平臺一起從增材制造設備中移出，清理PDC鉆頭體表面與內部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺表面分離，根據設計要求再對成形的PDC鉆頭體進行各種工藝處理，并進行最后的探傷、清洗等工序，直至最終達到設計要求。其中，上述提到的增材制造設備采用德國EOS公司生產的EOSINT?M280金屬粉末激光燒結系統，配套軟件為PSW3.5。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法，其特征是包括以下步驟：(1)建立PDC鉆頭體的三維模型；(2)對上述三維模型進行二維化處理，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一系列二維圖形；(3)根據上述形成的二維圖形生成相應的激光掃描路徑；(4)在增材制造設備加工平臺上均勻地鋪設第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30?60μm左右，厚度約為0.01mm?0.05mm；(5)利用高能激光或電子束按所述激光掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，掃描后的金屬材料粉末熔化后固結于所述加工平臺表面上；(6)在已經熔結了一層金屬材料粉末的加工平臺表面上鋪設第二層金屬材料粉末，厚度約為0.01mm?0.05mm；(7)依次重復步驟(5)、(6)，直至PDC鉆頭體熔結完畢；(8)再將熔結成型后的PDC鉆頭體與加工平臺一起從增材制造設備中移出，清理PDC鉆頭體表面與內部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺表面分離；(9)以設計的PDC鉆頭體的技術要求為準，對鉆頭體進行噴焊耐磨層各種工藝處理；(10)經探傷、清洗，最終形成制造完成PDC鉆頭體。

【技術特征摘要】
1.一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法，其特征是包括以下步驟：
(1)建立PDC鉆頭體的三維模型；
(2)對上述三維模型進行二維化處理，即將所述電腦三維模型沿Z軸方向按相等的層厚分割成一系列二維圖形；
(3)根據上述形成的二維圖形生成相應的激光掃描路徑；
(4)在增材制造設備加工平臺上均勻地鋪設第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60μm左右，厚度約為0.01mm-0.05mm；
(5)利用高能激光或電子束按所述激光掃描路徑掃描所述加工平臺上的金屬材料粉末，掃描后的金屬材料粉末熔化后固結于所述加工平臺表面上；
(6)在已經熔結了一層金屬材料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王明波，孫曉東，李羅鵬，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東;37