一種pdc鉆頭體的3d打印制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法。其技術(shù)方案是包括以下步驟：建立PDC鉆頭體的三維模型；對(duì)上述三維模型進(jìn)行二維化處理；根據(jù)上述形成的二維圖形生成相應(yīng)的激光掃描路徑；在增材制造設(shè)備加工平臺(tái)上均勻地鋪設(shè)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(tái)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(tái)表面分離；以設(shè)計(jì)的PDC鉆頭體的技術(shù)要求為準(zhǔn)，對(duì)鉆頭體進(jìn)行噴焊耐磨層各種工藝處理；經(jīng)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(tǒng)減材制造方法制作的PDC鉆頭體結(jié)構(gòu)形式單一的問題，同時(shí)其極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)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。
【專利說明】一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油開發(fā)鉆井裝置，特別涉及一種PDC鉆頭體的3D打印制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]石油鉆井過程中，PDC鉆頭由于具有使用壽命較長、鉆進(jìn)速度較快等特性而被廣泛應(yīng)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(gè)部分組成，鉆頭體上設(shè)置有噴嘴孔，鉆頭體是金剛石鉆頭上起關(guān)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(jīng)模具組合燒結(jié)而成，另一種是采用圓鋼經(jīng)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(jī)械生產(chǎn)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(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)降能環(huán)保和降低鉆井成本的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(tǒng)PDC鉆頭體制作繁瑣、成本高、周期長的問題。
[0004]其技術(shù)方案是包括以下步驟:
(1)建立PDC鉆頭體的三維模型；
(2)對(duì)上述三維模型進(jìn)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(jù)上述形成的二維圖形生成相應(yīng)的激光掃描路徑；
(4)在增材制造設(shè)備加工平臺(tái)上均勻地鋪設(shè)第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60Mm左右，厚度約為0.0lmm-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(tái)上的金屬材料粉末，掃描后的金屬材料粉末熔化后固結(jié)于所述加工平臺(tái)表面上；
(6)在已經(jīng)熔結(jié)了一層金屬材料粉末的加工平臺(tái)表面上鋪設(shè)第二層金屬材料粉末，厚度約為 0.0lmm-Q.05mm ；
(J)依次重復(fù)步驟(5)、(6)，直至PDC鉆頭體熔結(jié)完畢；
(8)再將熔結(jié)成型后的roc鉆頭體與加工平臺(tái)一起從增材制造設(shè)備中移出，清理roc鉆頭體表面與內(nèi)部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺(tái)表面分離；
(9)以設(shè)計(jì)的PDC鉆頭體的技術(shù)要求為準(zhǔn)，對(duì)鉆頭體進(jìn)行噴焊耐磨層各種工藝處理；
(10)經(jīng)探傷、清洗，最終形成制造完成PDC鉆頭體。
[0005]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。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:采用增材制造的方法來進(jìn)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(jù)三維復(fù)雜電腦模型直接生成致密的PDC鉆頭實(shí)體，因而能根據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)制造不同結(jié)構(gòu)的PDC鉆頭體，克服了采用傳統(tǒng)減材制造方法制作的PDC鉆頭體結(jié)構(gòu)形式單一的問題，同時(shí)其極大地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是本發(fā)明的制作流程框圖；
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(shí)施方式】
[0008]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、過程和功效，以下結(jié)合技術(shù)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發(fā)明的具體實(shí)施例:
本實(shí)施例中的PDC鉆頭體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，其具體操作步驟如圖2所示。根據(jù)設(shè)計(jì)具體要求，使用如AutoCAD、Unigraphics NX, Pro-E或者CATIA等三維作圖軟件設(shè)計(jì)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(duì)PDC鉆頭體的三維模型進(jìn)行二維化處理:
即將該結(jié)構(gòu)在Z軸方向切割成層厚均為0.0lMffl的一系列二維圖形層片，再將該系列二維圖形導(dǎo)入軟件EOS PSW3.5，該軟件根據(jù)圖像自動(dòng)計(jì)算出每一層二維圖形的激光掃描路徑及使用參數(shù)，再在設(shè)備加工平臺(tái)表面鋪展第一層金屬材料粉末，然后計(jì)算機(jī)將根據(jù)導(dǎo)入PSW3.5的首張二維圖像控制聚焦激光在粉層的相應(yīng)位置進(jìn)行掃描，高能的聚焦激光熔化其掃描路徑范圍內(nèi)的金屬材料粉末，并將其與加工平臺(tái)牢牢的固定在一起。第一層燒結(jié)完畢后，在加工平臺(tái)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(shù)模的圖形選擇性熔化金屬材料粉末，并與第一層結(jié)構(gòu)融合在一起，重復(fù)依次上述第二層燒結(jié)步驟，直到完成整個(gè)PDC鉆頭體的制造，然后將與熔結(jié)于加工平臺(tái)的PDC鉆頭體與加工平臺(tái)一起從增材制造設(shè)備中移出，清理PDC鉆頭體表面與內(nèi)部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺(tái)表面分離，根據(jù)設(shè)計(jì)要求再對(duì)成形的PDC鉆頭體進(jìn)行各種工藝處理，并進(jìn)行最后的探傷、清洗等工序，直至最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0009]其中，上述提到的增材制造設(shè)備采用德國EOS公司生產(chǎn)的EOSINT M280金屬粉末激光燒結(jié)系統(tǒng)，配套軟件為PSW3.5。
【權(quán)利要求】
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(duì)上述三維模型進(jìn)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(jù)上述形成的二維圖形生成相應(yīng)的激光掃描路徑； (4)在增材制造設(shè)備加工平臺(tái)上均勻地鋪設(shè)第一層金屬材料粉末，所述金屬材料粉末的顆粒直徑在30-60Mm左右，厚度約為0.0lmm-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(tái)上的金屬材料粉末，掃描后的金屬材料粉末熔化后固結(jié)于所述加工平臺(tái)表面上； (6)在已經(jīng)熔結(jié)了一層金屬材料粉末的加工平臺(tái)表面上鋪設(shè)第二層金屬材料粉末，厚度約為 0.0lmm-Q.05mm ； (J)依次重復(fù)步驟(5)、(6)，直至PDC鉆頭體熔結(jié)完畢； (8)再將熔結(jié)成型后的roc鉆頭體與加工平臺(tái)一起從增材制造設(shè)備中移出，清理roc鉆頭體表面與內(nèi)部浮粉，采用線切割的方式將PDC鉆頭體從加工平臺(tái)表面分離； (9)以設(shè)計(jì)的PDC鉆頭體的技術(shù)要求為準(zhǔn)，對(duì)鉆頭體進(jìn)行噴焊耐磨層各種工藝處理； (10)經(jīng)探傷、清洗，最終形成制造完成PDC鉆頭體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PDC鉆頭體的3D打印制造方法，其特征是:所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。
【文檔編號(hào)】B22F3/105GK104353833SQ201410621831
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】王明波, 孫曉東, 李羅鵬 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東)