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CN116921700B - 一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法 - Google Patents

一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法 Download PDF

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CN116921700B
CN116921700B CN202311189400.7A CN202311189400A CN116921700B CN 116921700 B CN116921700 B CN 116921700B CN 202311189400 A CN202311189400 A CN 202311189400A CN 116921700 B CN116921700 B CN 116921700B
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Abstract

本申请公开了一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,涉及高温合金增材制造技术领域。包括以下步骤:对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果;根据分析结果,采用片体状实体支撑与柱支撑的方式在高温合金零件模型的易变形部位添加支撑设计,获得待打印模型;根据待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,得到打印件,并对打印件进行热处理,得到成形件;对成形件进行表面处理去除支撑后,得到成品高温合金零件。本申请通过片体状实体支撑与柱支撑的方式,不仅能够加大固力,减少残余应力变形风险,还能避免实体支撑过量,后期难以去除的问题,从而使高温合金零件在打印过程中能够准确地支撑控形。

Description

一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法
技术领域
本申请涉及高温合金增材制造技术领域,特别涉及一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法。
背景技术
高温合金主要是一种以添加钼铌为主要强化元素的镍基变形面心立方合金,从低温到 980℃的温度范围内,具有优良的强度与韧性。因此,被广泛应用到航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件。但受限于传统工艺的可达性,在制造航空发动机部件、宇航结构部件过程中,加工成本很高、加工效率低,而激光选区熔化成形(SLM)具有精度较高、对特殊复杂结构(如悬垂结构、复杂曲面等)的制造适用程度高、生产成本低及周期短等优点,已成为国内外航空航天等领域制造高性能金属结构件的一种新工艺技术。
高温合金零件的小倾角或悬垂结构在伸出较长较厚时,块状支撑在外端部已无法拉住成形端面,SLM成形极易出现翘曲变形,影响打印的进行,此时只能通过附加实体支撑来防变形,实体支撑一方面可以加大固力,另一方面可以快速导热,减少残余应力变形风险。但目前实体支撑设计尺寸难以达到能支撑、易去除、防变形的目的,在实体支撑设计不足时无法拉住成形端面,起不到防变形的目的,而实体支撑设计过量,则后期难以去除,增加后期加工量。因此,本申请提出一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法以解决上述技术问题。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,旨在解决高温合金零件在激光选区熔化成形过程中因支撑不足或支撑过量而造成的易变形或难去除的技术问题。
为实现上述目的,本申请提出了一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,包括以下步骤:
对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果;
根据所述分析结果,采用片体状实体支撑与柱支撑的方式在所述高温合金零件模型的易变形部位添加支撑设计,获得待打印模型;
根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,得到打印件,并对所述打印件进行热处理,得到成形件;
对所述成形件进行表面处理去除支撑后,得到成品高温合金零件。
可选地,所述对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果的步骤,包括:
采用simulation仿真软件,对高温合金零件模型进行应力应变仿真分析,确定各个部位应力应变情况,获得分析结果。
可选地,所述采用片体状实体支撑与柱支撑的方式在所述高温合金零件模型的易变形部位添加支撑设计的步骤,包括:
在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位的外端部添加片体状实体支撑;
再在所述片体状实体支撑上开设多个粉孔;
再在所述片体状实体支撑内部添加多个柱支撑。
可选地,所述在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位的外端部添加片体状实体支撑的步骤中,所述片体状实体支撑的厚度通过以下关系式获得:
其中,δ为所述片体状实体支撑的厚度,α为所述高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角,45°<α<135°,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,w≤所在位置高温合金零件模型高度的0.5倍。
可选地,所述在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位的外端部添加片体状实体支撑的步骤中,所述片体状实体支撑的下端点的高度位置通过如下关系式获得:
其中,h为所述片体状实体支撑的下端点的高度,H为所述高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度。
可选地,所述再在所述片体状实体支撑上开设多个粉孔的步骤中,相邻两个所述粉孔之间的距离为12mm-15mm,所述粉孔的直径通过如下关系式获得:
其中,d为所述粉孔的直径,δ为所述片体状实体支撑的厚度。
可选地,所述再在所述片体状实体支撑内部添加多个柱支撑的步骤中,所述柱支撑的直径为1mm,相邻两个所述柱支撑的间距通过如下关系式获得:
其中,L为相邻两个所述柱支撑的间距,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度。
可选地,所述根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印的步骤中,所述打印的参数设置为:
层厚0.04mm,激光功率280W-300W,扫描速度900mm/s-1000mm/s,扫描间距0.1mm-0.12mm。
可选地,所述对所述打印件进行热处理的步骤,包括:
将所述打印件升温至590℃-610℃后,保温20min-40min,再继续升温至1090℃-1110℃后,保温50min-70min,并在所述热处理过程中保持工作压强不超过7.27×10-2Pa,以氩气作为保护气体,结束后,冷却至90℃以下。
可选地,所述对所述成形件进行表面处理去除支撑的步骤,包括:
通过线切割去除所述成形件上的基板,并采用铣削方法将所述成形件上的支撑部分去除。
本申请通过对高温合金零件模型进行仿真分析,并根据仿真分析结果与高温合金零件模型不同部位的受力情况、成形难易程度等,采用片体状实体支撑与柱支撑的方式对高温合金零件模型的易变形部位添加支撑设计,并合理确定片体状实体支撑与柱支撑的参数,从而准确地控制高温合金零件的成形过程,再根据添加支撑设计后的待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,能够提高高温合金零件打印的质量,且对于高温合金零件小倾角或悬垂结构伸出较长较厚时,能够准确地进行支撑设计以防止高温合金零件在激光选区熔化成形过程中出现翘曲变形,节省打印时间,并减少了后期支撑去除时的工作量,经过表面处理去除支撑后,获得打印精度较高的成品高温合金零件。本申请通过片体状实体支撑与柱支撑的方式,不仅能够加大固力,减少残余应力变形风险,还能避免实体支撑过量,后期难以去除的问题,能够达到支撑设计能支撑、易去除、防变形的目的,从而使高温合金零件在打印过程中能够准确地支撑控形。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请实施例所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法的流程示意图;
图2为本申请实施例所述的高温合金零件模型的易变形部位支撑设计的结构的示意图;
图3为本申请实施例所述的高温合金零件模型的示意图;
图4为高温合金零件模型添加传统实体支撑的示意图;
图5为高温合金零件模型添加本申请所述的实体支撑的示意图。
附图标记:
1-片体状实体支撑;2-柱支撑;3-粉孔;4-易变形部位。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
高温合金零件的小倾角或悬垂结构在伸出较长较厚时,如图3所示,块状支撑在外端部已无法拉住成形端面,SLM成形极易出现翘曲变形,影响打印的进行,此时只能通过附加实体支撑来防变形,实体支撑一方面可以加大固力,另一方面可以快速导热,减少残余应力变形风险。但目前实体支撑设计尺寸难以达到能支撑、易去除、防变形的目的,在实体支撑设计不足时无法拉住成形端面,起不到防变形的目的,而实体支撑设计过量,则后期难以去除,增加后期加工量。
针对上述现有的高温合金零件在激光选区熔化成形过程中所存在的技术问题,本申请的实施例提供了一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,包括以下步骤:
对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果;
根据所述分析结果,采用片体状实体支撑1与柱支撑2的方式在所述高温合金零件模型的易变形部位4添加支撑设计,获得待打印模型;
根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,得到打印件,并对所述打印件进行热处理,得到成形件;
对所述成形件进行表面处理去除支撑后,得到成品高温合金零件。
本申请通过对高温合金零件模型进行仿真分析,并根据仿真分析结果与高温合金零件模型不同部位的受力情况、成形难易程度等,采用片体状实体支撑1与柱支撑2的方式对高温合金零件模型的易变形部位4添加支撑设计,从而准确地控制高温合金零件的成形过程,再根据添加支撑设计后的待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,能够提高高温合金零件打印的质量,且对于高温合金零件小倾角或悬垂结构伸出较长较厚时,能够准确地进行支撑设计以防止高温合金零件在激光选区熔化成形过程中出现翘曲变形,节省打印时间,并减少了后期支撑去除时的工作量,经过表面处理去除支撑后,获得打印精度较高的成品高温合金零件。本申请通过片体状实体支撑1与柱支撑2的方式,不仅能够加大固力,减少残余应力变形风险,还能避免实体支撑过量,后期难以去除的问题,能够达到支撑设计能支撑、易去除、防变形的目的,从而使高温合金零件在打印过程中能够准确地支撑控形。
作为本申请的一种可实施方式,所述对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果的步骤,包括:
采用simulation仿真软件,对高温合金零件模型进行应力应变仿真分析,确定各个部位应力应变情况,获得分析结果。
仿真分析是采用simulation仿真软件对高温合金零件模型进行应力场仿真分析,确定各个部位应力应变情况。通过对高温合金零件模型进行仿真分析,便于确定高温合金零件模型各个部位的受力情况,根据各个部位的受力情况,分析高温合金零件的易变形部位4,有利于后续对高温合金零件模型进行合理的支撑设计。
作为本申请的一种可实施方式,所述采用片体状实体支撑1与柱支撑2的方式在所述高温合金零件模型的易变形部位4添加支撑设计的步骤,包括:
在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1;
再在所述片体状实体支撑1上开设多个粉孔3;
再在所述片体状实体支撑1内部添加多个柱支撑2。
如图2所示,本申请为避免对高温合金零件模型的易变形部位4添加的实体支撑不足或是过量的问题,根据仿真分析结果,在高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1,以达到对高温合金零件的小倾角或悬垂结构进行支撑的作用,同时在片体状实体支撑1上开设多个粉孔3,既有利于打印后内部的粉料从粉孔3流出,又能够节省打印时间,节约打印材料,再在片体状实体支撑1内部添加多个柱支撑2,能够进一步对高温合金零件模型的易变形部位4进行支撑控形,防止高温合金零件较长的小倾角或是较厚的悬垂结构在激光选区熔化成形过程中发生翘曲变形,影响打印质量。如图4-图5所示,通过在高温合金零件模型易变形部位4添加片体状实体支撑1和柱支撑2,并开设粉孔3的设计,相比于传统的实体支撑,能够解决高温合金零件在激光选区熔化成形过程中因支撑不足而变形或支撑过量难以除的问题。
作为本申请的一种可实施方式,所述在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1的步骤中,所述片体状实体支撑1的厚度通过以下关系式获得:
其中,δ为所述片体状实体支撑1的厚度,α为所述高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角,45°<α<135°,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,w≤所在位置高温合金零件模型高度的0.5倍。
本申请为进一步对片体状实体支撑1的厚度进行限定,经过验证,得到片体状实体支撑1的厚度的数学关系式,通过高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度与厚度以及高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角来对片体状实体支撑1的厚度进行准确限定,实现片体状实体支撑1对高温合金零件的悬垂结构的精准支撑,避免片体状实体支撑1过少而对易变形部位4起不到支撑作用,或是片体状实体支撑1过量,后期加工难以去除。
作为本申请的一种可实施方式,所述在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1的步骤中,所述片体状实体支撑1的下端点的高度位置通过如下关系式获得:
其中,h为所述片体状实体支撑1的下端点的高度,H为所述高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度。
本申请为进一步对片体状实体支撑1的位置进行限定,通过片体状实体支撑1的下端点的高度位置h与高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度H和高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度w以及高温合金零件模型局部悬垂的厚度δ1的数学关系式来计算片体状实体支撑1的下端点的高度位置,进而实现片体状实体支撑1对高温合金零件的易变形部位4的准确支撑,达到支撑控形的目的。
作为本申请的一种可实施方式,所述再在所述片体状实体支撑1上开设多个粉孔3的步骤中,相邻两个所述粉孔3之间的距离为12mm-15mm,所述粉孔3的直径通过如下关系式获得:
其中,d为所述粉孔3的直径,δ为所述片体状实体支撑1的厚度。
本申请通过粉孔3的直径与片体状实体支撑1的厚度的数学关系式来对粉孔3直径进行限定,若粉孔3直径过小,则不利于打印后内部粉料的流出,粉孔3直径过大,则不利于片体状实体支撑1对易变形部位4的支撑。
作为本申请的一种可实施方式,所述再在所述片体状实体支撑1内部添加多个柱支撑2的步骤中,所述柱支撑2的直径为1mm,相邻两个所述柱支撑2的间距通过如下关系式获得:
其中,L为相邻两个所述柱支撑的间距,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度。
本申请为使柱支撑2能够对高温合金零件的易变形部位4起到准确控形的目的,通过确定柱支撑2的直径与高温合金零件模型局部悬垂的厚度的关系式,以此来计算柱支撑2的直径,使柱支撑2能够进一步对高温合金零件的易变形部位4进行支撑,同时确定柱支撑2的直径大小,可避免柱支撑2直径过小,支撑效果不佳,或是柱支撑2直径过大,后期难以通过加工去除。
作为本申请的一种可实施方式,所述根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印的步骤中,所述打印的参数设置为:
层厚0.04mm,激光功率280W-300W,扫描速度900mm/s-1000mm/s,扫描间距0.1mm-0.12mm。
本申请为提高高温合金零件打印成形的质量,对打印过程中的层厚、激光功率、扫描速度、扫描间距等进行合理设置,有效控制打印零件的精确度。
作为本申请的一种可实施方式,所述对所述打印件进行热处理的步骤,包括:
将所述打印件升温至590℃-610℃后,保温20min-40min,再继续升温至1090℃-1110℃后,保温50min-70min,并在所述热处理过程中保持工作压强不超过7.27×10-2Pa,以氩气作为保护气体,结束后,冷却至90℃以下。
本申请为提高成形零件的性能,在打印后,对打印件进行热处理,优选地,将打印件升温至600℃后,保温30min,再继续升温至1100℃后,保温60min,控制热处理的温度和保温时间,以进一步提高零件的力学性能,并使零件的成形性能良好。
作为本申请的一种可实施方式,所述对所述成形件进行表面处理去除支撑的步骤,包括:
通过线切割去除所述成形件上的基板,并采用铣削方法将所述成形件上的支撑部分去除。
在激光选区熔化过程中,需要选择与待成形的零件相同或相似材料的基板,将基板固定于可升降的工作台上,并对SLM设备进行调平处理,将一层粉末均匀铺设在基板表面,再控制高能激光束按照规划的路径扫描,熔化金属粉末并待其凝固,加工出当前层,而后基板下移一层,开始新一轮的铺粉、扫描,如此层层加工,直至整个零件制造完毕,在激光选区熔化成形结束后,再通过线切割将成形件上的基板与成形件进行分离去除,进行支撑设计时余留的支撑部分再通过铣削进行去除,从而获得成形零件。
下面结合具体实施例对本申请上述技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,如图1所示,包括以下步骤:
采用simulation仿真软件,对高温合金零件模型进行应力应变仿真分析,确定各个部位应力应变情况,获得分析结果;
根据所述分析结果,在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1;
所述片体状实体支撑1的厚度通过以下关系式获得:
其中,α为所述高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角,α=60°,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度,δ1=30mm,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,w=50mm;
可知δ=1.8mm;
所述片体状实体支撑1的下端点的高度位置通过如下关系式获得:
其中,h为所述片体状实体支撑1的下端点的高度,H为所述高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度,H=120mm;
可知h=40mm;
再在所述片体状实体支撑1上开设多个粉孔3;
相邻两个所述粉孔3之间的距离为12mm,所述粉孔3的直径=3×1.8=5.4mm;
再在所述片体状实体支撑1内部添加多个柱支撑2,获得待打印模型;
其中,所述柱支撑2的直径为1mm,相邻两个所述柱支撑2的间距=120/30=4mm;
将所述待打印模型导入magics切片软件中设置层厚0.04mm,激光功率290W,扫描速度960mm/s,扫描间距0.12mm,进行切片并进行激光选区熔化成形,得到打印件,并将所述打印件升温至590℃后,保温40min,再继续升温至1090℃后,保温70min,并在所述热处理过程中保持工作压强不超过7.27×10-2Pa,以氩气作为保护气体,结束后,冷却至90℃以下,得到成形件;
通过线切割去除所述成形件上的基板,并采用铣削方法将所述成形件上的支撑部分去除后,得到成品高温合金零件。
实施例2
一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,如图1所示,包括以下步骤:
采用simulation仿真软件,对高温合金零件模型进行应力应变仿真分析,确定各个部位应力应变情况,获得分析结果;
根据所述分析结果,在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位4的外端部添加片体状实体支撑1;
所述片体状实体支撑1的厚度通过以下关系式获得:
其中,α为所述高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角,α=90°,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度,δ1=20mm,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,w=60mm;
可知δ=2mm;
所述片体状实体支撑1的下端点的高度位置通过如下关系式获得:
其中,h为所述片体状实体支撑1的下端点的高度,H为所述高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度,H=150mm;
可知h=70mm;
再在所述片体状实体支撑1上开设多个粉孔3;
相邻两个所述粉孔3之间的距离为15mm,所述粉孔3的直径=3×2=6mm;
再在所述片体状实体支撑1内部添加多个柱支撑2,获得待打印模型;
其中,所述柱支撑2的直径为1mm,相邻两个所述柱支撑2的间距=120/20=6mm;
将所述待打印模型导入magics切片软件中设置层厚0.04mm,激光功率280W,扫描速度1000mm/s,扫描间距0.1mm,进行切片并进行激光选区熔化成形,得到打印件,并将所述打印件升温至610℃后,保温20min,再继续升温至1110℃后,保温50min,并在所述热处理过程中保持工作压强不超过7.27×10-2Pa,以氩气作为保护气体,结束后,冷却至90℃以下,得到成形件;
通过线切割去除所述成形件上的基板,并采用铣削方法将所述成形件上的支撑部分去除后,得到成品高温合金零件。
以上所述仅为本申请的可选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是在本申请的发明构思下,利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,包括以下步骤:
对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果;
根据所述分析结果,在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位的外端部添加片体状实体支撑;
所述片体状实体支撑的厚度通过高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度与厚度以及高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角来确定:
其中,δ为所述片体状实体支撑的厚度,α为所述高温合金零件模型的局部悬垂方向与垂直方向的夹角,45°<α<135°,δ1为所述高温合金零件模型局部悬垂的厚度,w为所述高温合金零件模型局部悬垂的伸出长度,w≤所在位置高温合金零件模型高度的0.5倍;
再在所述片体状实体支撑上开设多个粉孔;
再在所述片体状实体支撑内部添加多个柱支撑,获得待打印模型;
根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印,得到打印件,并对所述打印件进行热处理,得到成形件;
对所述成形件进行表面处理去除支撑后,得到成品高温合金零件。
2.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述对高温合金零件模型进行仿真分析,获得分析结果的步骤,包括:
采用simulation仿真软件,对高温合金零件模型进行应力应变仿真分析,确定各个部位应力应变情况,获得分析结果。
3.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述在三维软件中对所述高温合金零件模型的易变形部位的外端部添加片体状实体支撑的步骤中,所述片体状实体支撑的下端点的高度位置通过如下关系式获得:
其中,h为所述片体状实体支撑的下端点的高度,H为所述高温合金零件模型局部悬垂伸出所在位置上端的长度。
4.根据权利要求3所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述再在所述片体状实体支撑上开设多个粉孔的步骤中,相邻两个所述粉孔之间的距离为12mm-15mm,所述粉孔的直径通过如下关系式获得:
其中,d为所述粉孔的直径。
5.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述再在所述片体状实体支撑内部添加多个柱支撑的步骤中,所述柱支撑的直径为1mm,相邻两个所述柱支撑的间距通过如下关系式获得:
其中,L为相邻两个所述柱支撑的间距。
6.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述根据所述待打印模型,采用激光选区熔化成形方法进行打印的步骤中,所述打印的参数设置为:
层厚0.04mm,激光功率280W-300W,扫描速度900mm/s-1000mm/s,扫描间距0.1mm-0.12mm。
7.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述对所述打印件进行热处理的步骤,包括:
将所述打印件升温至590℃-610℃后,保温20min-40min,再继续升温至1090℃-1110℃后,保温50min-70min,并在所述热处理过程中保持工作压强不超过7.27×10-2Pa,以氩气作为保护气体,结束后,冷却至90℃以下。
8.根据权利要求1所述的高温合金的激光选区熔化成形防变形方法,其特征在于,所述对所述成形件进行表面处理去除支撑的步骤,包括:
通过线切割去除所述成形件上的基板,并采用铣削方法将所述成形件上的支撑部分去除。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114309647B (zh) * 2021-12-22 2024-01-05 上海镭镆科技有限公司 一种控制3d打印细高件变形的控制方法
CN117719162B (zh) * 2023-12-29 2025-11-14 广州黑格智造信息科技有限公司 支撑结构的确定方法、确定装置、存储介质和电子设备
CN117961090A (zh) * 2024-04-02 2024-05-03 四川工程职业技术大学 一种飞机活门的增材制造方法
CN119657925A (zh) * 2024-12-14 2025-03-21 西安交通大学 一种基于激光粉末床熔融成形锆基非晶合金复杂构件的方法
CN120961948A (zh) * 2025-10-23 2025-11-18 中国航发北京航空材料研究院 一种仿生支撑结构以及环形零件增材制造方法

Citations (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190000978A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 호서대학교 산학협력단 트리형 서포트 및 그 최적화 설계 방법
CN208324240U (zh) * 2018-04-16 2019-01-04 岳葆林 用于飞机发动机进风口薄壁结构支撑的支撑件
CN109434106A (zh) * 2018-12-03 2019-03-08 北京星驰恒动科技发展有限公司 一种增材支撑结构
WO2019062143A1 (zh) * 2017-09-30 2019-04-04 浙江大学 一种三维打印方法
CN208702214U (zh) * 2018-08-28 2019-04-05 铜仁市人民医院 一种高压氧舱3d打印用舱顶支撑装置
CN109624325A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 华中科技大学 一种生成3d打印模型的树形支撑结构的方法
CN209206458U (zh) * 2018-12-05 2019-08-06 天津镭明激光科技有限公司 一种金属增材制造用格栅状3d打印支撑结构
CN110153425A (zh) * 2019-06-24 2019-08-23 西安航天发动机有限公司 一种小间隙闭式铝合金叶轮激光选区熔化成形方法
CN110421164A (zh) * 2019-06-27 2019-11-08 浙江工业大学 一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法及装置
CN110732668A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 用于slm成型的高强度易去除组合支撑
CN110936615A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 清锋(北京)科技有限公司 一种镂空打印件及其3d打印支撑件
WO2020062398A1 (zh) * 2018-09-27 2020-04-02 合肥海闻自动化设备有限公司 一种多介质立体增材打印机
CN111940737A (zh) * 2020-09-09 2020-11-17 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种燃油收集器激光选区熔化支撑辅助零余量成形工艺
CN212598869U (zh) * 2020-04-10 2021-02-26 中国航发商用航空发动机有限责任公司 用于增材制造零件的支撑机构
CN213645862U (zh) * 2020-07-28 2021-07-09 北京卫星制造厂有限公司 一种高强铝合金激光增材制造支撑结构
CN214443080U (zh) * 2021-03-23 2021-10-22 合肥中科重明科技有限公司 一种高效率金属3d打印支撑结构
CN214443079U (zh) * 2021-03-23 2021-10-22 合肥中科重明科技有限公司 一种金属3d打印分层支撑结构
CN215168026U (zh) * 2021-05-19 2021-12-14 中冶建工集团有限公司 一种后浇悬空梁板的模板支撑结构
CN113927893A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 中国商用飞机有限责任公司 一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法
CN113976914A (zh) * 2021-11-14 2022-01-28 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 基于一种舵面仿生结构的激光选区熔化成形工艺
CN113976916A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 深圳市华阳新材料科技有限公司 一种3d打印的支撑结构
CN114682799A (zh) * 2022-03-18 2022-07-01 成都飞机工业(集团)有限责任公司 选区熔化成形轻量化支撑设计方法、存储介质和电子设备
CN115415548A (zh) * 2022-11-07 2022-12-02 四川工程职业技术学院 一种用于金属3d打印成形的支撑包元结构
CN218467112U (zh) * 2022-10-27 2023-02-10 中建科工集团有限公司 悬挑板支撑结构
CN115921897A (zh) * 2022-12-27 2023-04-07 北京航星机器制造有限公司 一种面向增材制造的高温合金翼舵结构的制造方法
CN115958789A (zh) * 2022-12-29 2023-04-14 北京星航机电装备有限公司 一种用于3d打印悬垂面的支撑结构和打印方法
CN116060641A (zh) * 2022-12-08 2023-05-05 中国航发南方工业有限公司 镍基高温合金选区激光熔化成形仿真及结构优化的方法
CN219004583U (zh) * 2022-12-30 2023-05-12 重庆云泽粉末冶金有限责任公司 一种粉末冶金零件防烧结变形结构
CN219280494U (zh) * 2023-04-28 2023-06-30 山西建筑工程集团有限公司 一种用于桥塔稳定性控制的塔梁临时固结支撑结构

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9469057B2 (en) * 2012-05-18 2016-10-18 3D Systems, Inc. Support structures and deposition techniques for 3D printing
TWI548535B (zh) * 2013-11-18 2016-09-11 三緯國際立體列印科技股份有限公司 立體列印方法
US20160274572A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 Michael G. Littrell Three Dimensional (3D) Printing and CAD File Quoting System
EP3427935A1 (en) * 2017-07-10 2019-01-16 LUXeXcel Holding B.V. Method for assembling three-dimensional optical components and assembly kit
US11235382B2 (en) * 2019-10-28 2022-02-01 Xerox Corporation Method for supporting three dimensional (3D) printed features

Patent Citations (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190000978A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 호서대학교 산학협력단 트리형 서포트 및 그 최적화 설계 방법
WO2019062143A1 (zh) * 2017-09-30 2019-04-04 浙江大学 一种三维打印方法
CN208324240U (zh) * 2018-04-16 2019-01-04 岳葆林 用于飞机发动机进风口薄壁结构支撑的支撑件
CN208702214U (zh) * 2018-08-28 2019-04-05 铜仁市人民医院 一种高压氧舱3d打印用舱顶支撑装置
CN110936615A (zh) * 2018-09-21 2020-03-31 清锋(北京)科技有限公司 一种镂空打印件及其3d打印支撑件
WO2020062398A1 (zh) * 2018-09-27 2020-04-02 合肥海闻自动化设备有限公司 一种多介质立体增材打印机
CN109434106A (zh) * 2018-12-03 2019-03-08 北京星驰恒动科技发展有限公司 一种增材支撑结构
CN209206458U (zh) * 2018-12-05 2019-08-06 天津镭明激光科技有限公司 一种金属增材制造用格栅状3d打印支撑结构
CN109624325A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 华中科技大学 一种生成3d打印模型的树形支撑结构的方法
CN110153425A (zh) * 2019-06-24 2019-08-23 西安航天发动机有限公司 一种小间隙闭式铝合金叶轮激光选区熔化成形方法
CN110421164A (zh) * 2019-06-27 2019-11-08 浙江工业大学 一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法及装置
CN110732668A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 用于slm成型的高强度易去除组合支撑
CN212598869U (zh) * 2020-04-10 2021-02-26 中国航发商用航空发动机有限责任公司 用于增材制造零件的支撑机构
CN113927893A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 中国商用飞机有限责任公司 一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法
CN213645862U (zh) * 2020-07-28 2021-07-09 北京卫星制造厂有限公司 一种高强铝合金激光增材制造支撑结构
CN111940737A (zh) * 2020-09-09 2020-11-17 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种燃油收集器激光选区熔化支撑辅助零余量成形工艺
CN214443080U (zh) * 2021-03-23 2021-10-22 合肥中科重明科技有限公司 一种高效率金属3d打印支撑结构
CN214443079U (zh) * 2021-03-23 2021-10-22 合肥中科重明科技有限公司 一种金属3d打印分层支撑结构
CN215168026U (zh) * 2021-05-19 2021-12-14 中冶建工集团有限公司 一种后浇悬空梁板的模板支撑结构
CN113976916A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 深圳市华阳新材料科技有限公司 一种3d打印的支撑结构
CN113976914A (zh) * 2021-11-14 2022-01-28 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 基于一种舵面仿生结构的激光选区熔化成形工艺
CN114682799A (zh) * 2022-03-18 2022-07-01 成都飞机工业(集团)有限责任公司 选区熔化成形轻量化支撑设计方法、存储介质和电子设备
CN218467112U (zh) * 2022-10-27 2023-02-10 中建科工集团有限公司 悬挑板支撑结构
CN115415548A (zh) * 2022-11-07 2022-12-02 四川工程职业技术学院 一种用于金属3d打印成形的支撑包元结构
CN116060641A (zh) * 2022-12-08 2023-05-05 中国航发南方工业有限公司 镍基高温合金选区激光熔化成形仿真及结构优化的方法
CN115921897A (zh) * 2022-12-27 2023-04-07 北京航星机器制造有限公司 一种面向增材制造的高温合金翼舵结构的制造方法
CN115958789A (zh) * 2022-12-29 2023-04-14 北京星航机电装备有限公司 一种用于3d打印悬垂面的支撑结构和打印方法
CN219004583U (zh) * 2022-12-30 2023-05-12 重庆云泽粉末冶金有限责任公司 一种粉末冶金零件防烧结变形结构
CN219280494U (zh) * 2023-04-28 2023-06-30 山西建筑工程集团有限公司 一种用于桥塔稳定性控制的塔梁临时固结支撑结构

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于激光选区熔化成形的转轮水斗轻量化设计与制造;谢可为;《大型铸锻件》;12-15 *
大跨度枝状支撑钢结构技术;中国科学技术信息研究所;《建筑技术开发》;90 *
激光选区熔化成形零件支撑结构优化设计;张国庆;《中国激光》;53-60 *
熔融沉积成型自适应柱状支撑算法设计与研究;李忠唐;《机床与液压》;76-80 *

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