一種高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬粉末增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種適用于金屬粉末，特別是鋁合金、鎂合金、鈦合金等活潑易發(fā)生自燃現(xiàn)象的粉末的增材制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)作為制造業(yè)中的新秀，是一項(xiàng)革命性新型制造技術(shù)。它改變了傳統(tǒng)對(duì)原材料切削、組裝零部件進(jìn)行生產(chǎn)的模式，設(shè)計(jì)產(chǎn)品通過(guò)CAD軟件轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，之后通過(guò)特定的成型設(shè)備(3D打印機(jī))，逐層“打印”出產(chǎn)品。區(qū)別于傳統(tǒng)的“減材”制造，增材制造技術(shù)無(wú)需原坯和模具，因此可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。
[0003]增材制造技術(shù)為鎂合金、鋁合金、鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造提供了新途徑。但是鎂合金、鋁合金、鈦合金屬活潑金屬，特別是鎂合金、鋁合金制成粉末后，與空氣接觸即發(fā)生自燃現(xiàn)象，故對(duì)增材制造設(shè)備的氣氛控制要求很高。因此，研究一種采用高壓增材制造方法直接制造出金屬零件，特別是鎂合金、鋁合金、鈦合金等易燃金屬零件的加工工藝，解決鎂合金、鋁合金、鈦合金等增材制造技術(shù)的制約性難題十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:
[0006]—種高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造方法，在增材制造成型設(shè)備的成型室內(nèi)設(shè)置一個(gè)加壓裝置，在高能激光束/電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，通過(guò)加壓裝置往成型室注入惰性氣體，所述惰性氣體是氬氣和/或氦氣，使得成型室內(nèi)的壓力始終保持0.1?3MPa的壓力，
[0007]其中，所述增材制造成型設(shè)備為3D打印機(jī)。
[0008]其中，所述加壓裝置包括氣瓶、高壓氣管和增壓栗，氣瓶通過(guò)高壓氣管連接3D打印機(jī)的成型腔室，高壓氣管上設(shè)置增壓栗。
[0009]其中，增材制造的方法是選擇性激光燒結(jié)(SLM)、電子束熔化(EBM)和激光熔化金屬沉積(FMD)等中的一種。
[0010]其中，所述金屬粉末是鎂合金、鋁合金、鈦合金的粉末中的一種或多種。
[0011]鈦合金具體可選自TC4 (T1-6A1-4V)，TCll (T1-6.5A1-3.5Mo_l.5Zr-0.3Si)，TA15(T1-8Al-lMo-lV-2Zr), TA18(T1-3A1_2.5V)， TA19(T1-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)，TC17 (T1-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)，TC20 (Ti_6Al_7Nb)，TC21 (T1-6Al-2Mo-l.5Cr-2Zr-2Sn-2Nb)，TC25(T1-6.5Al-2Mo-lZr-lSn-lff-0.2Si)，TB8(T1-15Mo-3Al_2.7Nb_0.25Si)等中的一種。鎂合金具體可選自 AZ31B、31D、M50、AZ63、AZ80A、AZ91D，AM60B，AM50A 等中的一種。鋁合金具體可選自 1A99，1A97，1A95，1A80，1A50，2A80，2A90，2A14，ZAlSi7Mn，ZAlSil2，ZAlSi5CulMg，ZAlSi2Cu2Mgl，ZAlCu5Mn，ZAlCu5MnCdVA，ZAlMglO，ZAlMg5Si 等中的一種。
[0012]打印溫度根據(jù)不同的材料體系的熔點(diǎn)進(jìn)行選取。3D打印機(jī)成形室里面自帶基板，材質(zhì)與所要打印的材料體系材質(zhì)一致。
[0013]進(jìn)一步地，所述金屬粉末的粒徑為10?30 μπι。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)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，特別適合于鋁合金、鎂合金、鈦合金等活潑易氧化/自燃金屬的增材制造。
[0015]本發(fā)明提出的方法，具有以下顯著特點(diǎn):①提高金屬零件的內(nèi)部質(zhì)量減少打印過(guò)程中的變形、開(kāi)裂現(xiàn)象；③一定程度上提高金屬打印件的致密度；④打印過(guò)程中有效杜絕有害氣體(02、Ν2)的侵入。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1:加壓裝置和3D打印機(jī)的相對(duì)位置結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中，1-金屬基3D打印成形腔室；2_金屬基3D打印機(jī)；3_高壓氣管；4_增壓栗。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)以以下最佳實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0019]實(shí)施例1:
[0020]參見(jiàn)圖1，用于超高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造的裝置，是在金屬基3D打印機(jī)2 (德國(guó)SLM Solut1ns GmbH公司的SLM500金屬基3D打印機(jī))的金屬基3D打印成形腔室I內(nèi)設(shè)置一個(gè)加壓裝置，其包括氬氣氣瓶、高壓氣管和增壓栗，氬氣氣瓶通過(guò)高壓氣管連接3D打印機(jī)的成型腔室，高壓氣管上設(shè)置增壓栗。
[0021]采用本實(shí)施例的裝置，以TC4球形粉末為原料(粉末粒徑10?30 μπι)，增材制造的方法是選擇性激光燒結(jié)(SLM)，在壓力IMPa的條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)件打印，成形件的晶粒尺寸細(xì)小均勻、致密度高、機(jī)械性能好，能夠達(dá)到或超過(guò)同成分鑄件的水平。
[0022]打印溫度為打印溫度1730°C。3D打印機(jī)成形室里面自帶基板，材質(zhì)也是TC4。
[0023]實(shí)施例2:
[0024]采用實(shí)施例1的裝置，以鎂合金AZ91D粉末為原料(粉末粒徑10?20 μ m)，增材制造的方法是選擇性激光燒結(jié)(SLM)，在壓力IMPa的條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)件打印，成形件的晶粒尺寸細(xì)小均勻、致密度高、表面光亮，能夠達(dá)到或超過(guò)同成分鑄件的水平。
[0025]打印溫度為630°C。3D打印機(jī)成形室里面自帶基板，材質(zhì)也是AZ91D。
[0026]以上的實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造方法，其特征在于，在增材制造成型設(shè)備的成型室內(nèi)設(shè)置一個(gè)加壓裝置，在高能激光束或電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，通過(guò)加壓裝置往成型室注入惰性氣體，所述惰性氣體是氬氣和/或氦氣，使得成型室內(nèi)的壓力始終保持0.1?3MPa的壓力， 其中，所述增材制造成型設(shè)備為3D打印機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述加壓裝置，所述加壓裝置包括氣瓶、高壓氣管和增壓栗，氣瓶通過(guò)高壓氣管連接3D打印機(jī)的成型腔室，高壓氣管上設(shè)置增壓栗。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，增材制造的方法是選擇性激光燒結(jié)(SLM)、電子束熔化(EBM)和激光熔化金屬沉積(FMD)中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述金屬粉末是鎂合金、鋁合金、鈦合金的粉末中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬粉末增材制造方法，其特征在于，所述金屬粉末的粒徑為 10 ?30 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種高壓惰性氣體保護(hù)下金屬粉末增材制造方法，在增材制造成型設(shè)備的成型室內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)加壓裝置，在高能激光束/電子束按照掃描路徑逐層打印零件前，通過(guò)加壓裝置往成型室注入Ar、He等惰性氣體，使得成型室內(nèi)的壓力始終保持一定值。本發(fā)明提供的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，特別適合于鋁合金、鎂合金、鈦合金等活潑易氧化/自燃金屬的增材制造。具有以下顯著特點(diǎn)：①提高金屬零件的內(nèi)部質(zhì)量；②減少打印過(guò)程中的變形、開(kāi)裂現(xiàn)象；③一定程度上提高金屬打印件的致密度；④打印過(guò)程中有效杜絕有害氣體的侵入。
【IPC分類】B22F3/105, B33Y10/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105215359
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510643805
【發(fā)明人】戴煜, 譚興龍, 鄧軍旺, 李禮, 易志明
【申請(qǐng)人】湖南頂立科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月8日