一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法技術

一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法，涉及3D打印技術領域。本發明專利技術是為了解決現有的采用3D打印或電弧增材的方式制作成形制品，制品的層內和層與層之間存在因冷卻不一致性而產生的層間殘余應力，隨著3D打印疊層的不斷增加，層內和層間殘余應力不斷累積，導致層內和層間結合力弱，極易造成構件變形、開裂的問題。借助超聲振動，使用3D打印或電弧增材技術制作成形零件過程中，每打印一層或者多層零件表面厚度，采用超聲振動消除應力的方式直接作用于3D打印零件最新成形的零件表面，使零件表面發生微塑性變形，釋放零件表面中的每層層內和相鄰層之間的殘余應力。它用于消除成形零件中的每層內及相鄰層間殘余應力，提高零件強度。

A method to improve the strength of 3D printing or arc increasing forming parts

A method for improving the strength of 3D printing or arc increasing forming parts is involved in the field of 3D printing technology. The present invention is to solve the existing products formed by 3D printing or arc increasing material way between the product layer and layer and layer caused by cooling the inconsistency between layers of residual stress, with the increase of 3D printing stacked layer, layer and layer of residual stress is accumulated ceaselessly lead, layer and layer with weak, extremely easy to cause deformation, cracking problem. With the help of ultrasonic vibration, the use of 3D printing or arc increasing material fabrication technology of parts forming process, each print one or more layers of surface thickness, surface by ultrasonic vibration to eliminate stress a direct effect on the way the latest 3D printing parts forming, the parts surface micro plastic deformation, residual between parts of the surface of the each layer and the adjacent layer of stress release. It is used to eliminate the residual stress between each layer and adjacent layer in the forming parts and improve the strength of the parts.

【技術實現步驟摘要】
一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法
本專利技術涉及一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法。屬于3D打印

技術介紹
傳統3D打印技術及電弧增材成形零件，采用逐層鋪粉、送粉、送絲的方式，逐層對粉體、絲材進行熔化、快速燒結、快速凝固，實現增材制造的目的。現有3D打印及電弧增材成形的制品可以看做由多個平面層疊加、摞放在一起的層狀結構。層內和層與層之間必然存在因冷卻不一致性而產生的層間殘余應力，隨著3D打印疊層的不斷增加，層內與層間殘余應力不斷累積，極易造成構件變形，尤其是大尺寸構件殘余內應力極大且應力狀態不穩定，層內和層與層之間必然因燒結應力取向而存在不同層內和層間的原子間結合力弱于正常鍵和的原子間的結合力，構件變形、開裂趨勢更大。
技術實現思路
本專利技術是為了解決現有的采用3D打印或電弧增材的方式制作成形制品，制品的層內和層與層之間存在因冷卻不一致性而產生的層間殘余應力，隨著3D打印疊層的不斷增加，層內和層間殘余應力不斷累積，導致層內和層間結合力弱，極易造成構件變形、開裂的問題。現提供一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法。一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法，所述方法包括以下步驟：步驟一、使用3D打印或電弧增材技術，打印m層零件表面厚度后，停止打印，m為1～2000的正整數；步驟二、根據打印零件的材質和零件待打印層的有效壁厚，選用相應超聲頻率的超聲振動裝置，根據每次零件待打印層的有效壁厚，選用超聲振動裝置的沖擊針、沖擊片或特殊設計的沖擊沖頭的尺寸，調整好超聲振動沖擊裝置后，采用超聲振動沖擊裝置對步驟一中最新打印成形的m層零件表面厚度進行超聲振動，使最新打印成形的m層零件表面厚度發生微塑性變形，消除步驟一中m層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力；步驟三、完成超聲振動后，使用3D打印或電弧增材技術在m層零件表面厚度上繼續打印n層零件表面厚度，n為1～2000的正整數，n根據本次打印的零件表面厚度的有效壁厚進行選擇；步驟四、按照步驟二的方式對步驟三形成的零件表面厚度進行超聲振動，消除步驟三中最新打印成形的n層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間應力；步驟五、重復操作步驟三至步驟四，每打印出1層或者多層，對最新打印成形的1層或者多層進行一次每層內及相鄰層間消除應力處理，直到零件打印或者制作成形，對最后打印出的1層或者多層零件表面厚度進行最后一次超聲振動，消除最后1層或者多層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力，從而完成成形零件的制作。本專利技術的有益效果為：本申請借助超聲振動，使用3D打印或電弧增材技術制作成形零件過程中，每打印(1～2000)層，采用超聲振動消除應力的方式直接作用于3D打印零件最新成形的零件表面，使零件表面發生微塑性變形，并釋放零件表面中的每層層內和相鄰層之間的殘余應力。然后交替進行“3D打印——在最新打印出的零件表面進行超聲振動，消除應力”的過程，完成3D打印零件的構建過程。本申請的制作成形零件的過程顯著提高了3D打印層間界面原子及層內原子間的結合力，提高了成形零件的強度，大幅降低3D打印零件的變形與開裂傾向的同時，提升3D打印制品的綜合力學性能。附圖說明圖1為具體實施方式一所述的一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法的流程圖。具體實施方式具體實施方式一：參照圖1具體說明本實施方式，本實施方式所述的一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法，所述方法包括以下步驟：步驟一、使用3D打印或電弧增材技術，打印m層零件表面厚度后，停止打印，m為1～2000的正整數；步驟二、根據打印零件的材質和零件待打印層的有效壁厚，選用相應超聲頻率的超聲振動裝置，根據每次零件待打印層的有效壁厚，選用超聲振動裝置的沖擊針、沖擊片或特殊設計的沖擊沖頭的尺寸，調整好超聲振動沖擊裝置后，采用超聲振動沖擊裝置對步驟一中最新打印成形的m層零件表面厚度進行超聲振動，使最新打印成形的m層零件表面厚度發生微塑性變形，消除步驟一中m層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力；步驟三、完成超聲振動后，使用3D打印或電弧增材技術在m層零件表面厚度上繼續打印n層零件表面厚度，n為1～2000的正整數，n根據本次打印的零件表面厚度的有效壁厚進行選擇；步驟四、按照步驟二的方式對步驟三形成的零件表面厚度進行超聲振動，消除步驟三中最新打印成形的n層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間應力；步驟五、重復操作步驟三至步驟四，每打印出1層或者多層，對最新打印成形的1層或者多層進行一次每層內及相鄰層間消除應力處理，直到零件打印或者制作成形，對最后打印出的1層或者多層零件表面厚度進行最后一次超聲振動，消除最后1層或者多層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力，從而完成成形零件的制作。本實施方式中，m和n為相同值或者不同值。根據待打印零件的幾何結構設置首次需要打印的層數，接下來每次需要打印的層數，根據本次待打印的零件表面厚度的有效壁厚度進行設置，如果本次打印出的零件表面厚度的有效壁薄，那么此次打印的層數比上次少，如果本次打印出的零件表面厚度的有效壁厚，那么此次打印的層數比上次多。每打印完一層或者多層零件表面厚度后，需要采用超聲振動沖擊裝置對打印成形的一層或者多層零件表面厚度進行超聲振動，其中，超聲振動沖擊裝置的沖擊針、沖擊片或沖頭的尺寸根據待打印成形的一層或者多層零件的有效壁厚進行選擇，如果待打印成形的一層或者多層零件的有效壁薄，則選用尺寸小的沖擊針、沖擊片或沖擊沖頭，如果打印成形的一層或者多層零件的有效壁厚，則選用尺寸大的沖擊針、沖擊片或沖擊沖頭。本實施方式中，有效壁厚為每次打印的零件表面厚度中最薄處的厚度。3D打印方式包括：電子束選區熔化/燒結、電子束熔絲沉積、激光選區熔化/燒結、激光熔融沉積、等離子弧熔絲沉積、等離子弧選區熔化/燒結或電弧增材制造。當3D打印或電弧增材成形的零件尺寸較大時，可采取邊增材成形、邊振動超聲的方式消除應力。本申請首先打印m層零件表面厚度，在m層零件表面最后一層形成過程中，同時對該表面層進行超聲振動以消除m層中的每層內和相鄰層間的應力，超聲振動的過程中，可以同步在已完成超聲振動的區域進行增材制造新的零件表面厚度。前提條件是增材成形過程與待超聲振動消除應力工序不能產生工藝相干性。實施例：使用3D打印進行鋪粉激光選區燒結(SLS)成形某鋁合金翼板800mm×300mm×20mm，所述方法包括以下步驟：步驟一、選區鋪粉燒結3D打印3層構造表面厚度后，停止打印；步驟二、選用超聲頻率為40000Hz，激光振動沖擊針直徑為1.0mm的超聲振動裝置，調整完超聲振動裝置后，使用超聲振動沖擊針對步驟一中的構造表面厚度進行超聲振動，使表面發生微塑性變形，消除3層構造表面厚度中每層內和相鄰層間的應力；步驟三、完成超聲振動后，在3層構造表面厚度上繼續進行3D打印3層構造表面，打印完成后，停止打印；步驟四、由于該翼板最薄處的有效壁厚在10mm以上，繼續使用直徑的激光振動沖擊針進行超聲振動消除應力處理；步驟五、重復操作步驟三至步驟四，每打印出3層，對3層進行一次層內和層間消除應力處理，直到零件打印或者制作成形，對最后打印出的k層構造表面進行最后一次超聲振動，k為小于等于3的正整數，消除最后k層構造表面厚度中每層內和相本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟一、使用3D打印或電弧增材技術，打印m層零件表面厚度后，停止打印，m為1～2000的正整數；步驟二、根據打印零件的材質和零件待打印層的有效壁厚，選用相應超聲頻率的超聲振動裝置，根據每次零件待打印層的有效壁厚，選用超聲振動裝置的沖擊針、沖擊片或特殊設計的沖擊沖頭的尺寸，調整好超聲振動沖擊裝置后，采用超聲振動沖擊裝置對步驟一中最新打印成形的m層零件表面厚度進行超聲振動，使最新打印成形的m層零件表面厚度發生微塑性變形，消除步驟一中m層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力；步驟三、完成超聲振動后，使用3D打印或電弧增材技術在m層零件表面厚度上繼續打印n層零件表面厚度，n為1～2000的正整數，n根據本次打印的零件表面厚度的有效壁厚進行選擇；步驟四、按照步驟二的方式對步驟三形成的零件表面厚度進行超聲振動，消除步驟三中最新打印成形的n層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間應力；步驟五、重復操作步驟三至步驟四，每打印出1層或者多層，對最新打印成形的1層或者多層進行一次每層內及相鄰層間消除應力處理，直到零件打印或者制作成形，對最后打印出的1層或者多層零件表面厚度進行最后一次超聲振動，消除最后1層或者多層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力，從而完成成形零件的制作。...

【技術特征摘要】
1.一種提高3D打印或電弧增材成形零件強度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：步驟一、使用3D打印或電弧增材技術，打印m層零件表面厚度后，停止打印，m為1～2000的正整數；步驟二、根據打印零件的材質和零件待打印層的有效壁厚，選用相應超聲頻率的超聲振動裝置，根據每次零件待打印層的有效壁厚，選用超聲振動裝置的沖擊針、沖擊片或特殊設計的沖擊沖頭的尺寸，調整好超聲振動沖擊裝置后，采用超聲振動沖擊裝置對步驟一中最新打印成形的m層零件表面厚度進行超聲振動，使最新打印成形的m層零件表面厚度發生微塑性變形，消除步驟一中m層零件表面厚度中的每層內及相鄰層間的應力；步驟三、完成超聲振動后，使用3D打印或電弧增材技術在m層零件表面厚度上繼續打印n層零件表面厚度，n為1～2000的正整數，n根據本...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫振淋，
申請(專利權)人：孫振淋，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23