本發(fā)明涉及3D打印
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種金屬材料3D打印的工藝參數(shù)確定方法。
背景技術(shù)：
：工業(yè)級3D打印技術(shù)采用金屬粉末作為原材料，生產(chǎn)出來的金屬零件需要滿足性能才能交付使用。不同型號、不同廠家的3D打印機之間存在一定的差異，其輸出的參數(shù)也存在偏差。即使對于同一臺3D打印設(shè)備，不同金屬材料之間采用的參數(shù)也不相同。目前，針對金屬材料的工藝參數(shù)，只局限于常用的幾種合金(GH4169、GH3536、316L等)，無法滿足市場的差異化需求。同時，在3D打印過程中，還存在許多變量，如激光功率、激光掃描速度、鋪粉層厚等，這些參數(shù)變量會大大影響打印所得零件的最終性能，盲目的進行工藝參數(shù)的摸索，將會浪費大量的人力、物力和財力。由此可見，本領(lǐng)域仍沒有行之有效的有關(guān)金屬材料3D打印工藝參數(shù)的確定方法，亟待加以創(chuàng)新。本發(fā)明就是在現(xiàn)有
背景技術(shù)：
的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)一種方法簡單、省時省料的金屬材料3D打印的工藝參數(shù)確定方法，實屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬材料3D打印的工藝參數(shù)確定方法，使其簡單、方便、準(zhǔn)確的實現(xiàn)對其工藝參數(shù)的確定，且省時省料，從而克服現(xiàn)有工藝參數(shù)確定方法的不足。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬材料3D打印的工藝參數(shù)確定方法，所述方法包括如下步驟：(1)根據(jù)3D打印機型號和金屬材料類別，確定3D打印過程中鋪粉層厚、激光功率和激光掃描速度三個參數(shù)的選擇范圍值；(2)在所述鋪粉層厚參數(shù)的選擇范圍值內(nèi)以等差值Ca的遞進方式設(shè)置Na個參數(shù)點值,在所述激光功率參數(shù)的選擇范圍值內(nèi)以等差值Cb的遞進方式設(shè)置Nb個參數(shù)點值,在所述激光掃描速度參數(shù)的選擇范圍值內(nèi)以等差值Cc的遞進方式設(shè)置Nc個參數(shù)點值；(3)以所述鋪粉層厚的每個參數(shù)點值為一爐實驗的定值，在每爐實驗中，再分別以所述激光功率參數(shù)對應(yīng)的Nb個參數(shù)點值和所述激光掃描速度對應(yīng)的Nc個參數(shù)點值一一對應(yīng)，形成Nb×Nc個Ⅰ型參數(shù)組，在所述每爐實驗中針對每個Ⅰ型參數(shù)組的參數(shù)條件分別打印金屬樣品塊，共完成至少Na×Nb×Nc個金屬樣品塊的打印；(4)將所得金屬樣品塊分別進行硬度測試，并從硬度測試結(jié)果中選出硬度最高的鋪粉層厚參數(shù)點值和與其對應(yīng)的Ⅰ型參數(shù)組，以及該Ⅰ型參數(shù)組中所述激光功率參數(shù)點值的上下點值，和所述激光掃描速度參數(shù)點值的上下點值，則由得到的所述鋪粉層厚參數(shù)點值，以及3個激光功率參數(shù)點值和3個激光掃描速度參數(shù)點值經(jīng)一一對應(yīng)形成共9組Ⅱ型參數(shù)組；(5)針對所述9組Ⅱ型參數(shù)組的每組參數(shù)條件分別打印拉伸試棒；(6)將所得拉伸試棒分別進行拉伸試驗，根據(jù)拉伸試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)得到拉伸試棒力學(xué)性能最好的Ⅱ型參數(shù)組值，該Ⅱ型參數(shù)組值即為最適合所述金屬材料3D打印的工藝參數(shù)。作為本發(fā)明的一種改進，所述步驟(1)中鋪粉層厚參數(shù)的選擇范圍值為20～40μm，激光功率參數(shù)的選擇范圍值為60～200W，激光掃描速度參數(shù)的選擇范圍值為500～1500mm/s。進一步改進，所述步驟(2)中所述鋪粉層厚參數(shù)的等差值Ca為5μm，所述激光功率參數(shù)的等差值Cb為20W，所述激光掃描速度參數(shù)的等差值Cc為100mm/s。進一步改進，所述步驟(3)中金屬樣品塊為10×10×20mm的長方體金屬塊。進一步改進，所述步驟(5)中針對所述9組Ⅱ型參數(shù)組的每組參數(shù)條件分別完成5個拉伸試棒的打印。進一步改進，所述方法還包括對所述拉伸試棒的熱處理或熱等靜壓試驗，根據(jù)所述熱處理或熱等靜壓試驗的試驗結(jié)果，得到最適合所述金屬材料3D打印的工藝參數(shù)。采用這樣的設(shè)計后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：本發(fā)明采取等差值的方式設(shè)置各參數(shù)點值，通過規(guī)律的參數(shù)組合打印金屬樣品塊，再采用硬度試驗測試縮小參數(shù)范圍，然后又通過小范圍的打印拉伸試棒及進行拉伸測試，最終得出適合的工藝燒結(jié)參數(shù)，不僅得到的參數(shù)值合理可靠，而且大大縮短了參數(shù)篩選時間，節(jié)省了大量的時間成本，并且大大降低了原材料的消耗。本發(fā)明適用于任何一種金屬材料，方法簡單可靠，經(jīng)濟實用。具體實施方式本實施例以鑫精合激光科技發(fā)展(北京)有限公司開發(fā)的3D打印機(TSC-X350B)、200W激光器、牌號為GH3526的金屬材料為例，具體闡述本發(fā)明金屬材料3D打印的工藝參數(shù)確定方法，不應(yīng)理解為是對該發(fā)明的任何限制，其具體方法如下：1)選用合格的金屬粉末，并準(zhǔn)備與該金屬粉末材料類別相同的基體材料。2)根據(jù)該3D打印機型號，確定該激光功率參數(shù)的范圍為60W～200W，并以等差值20W的遞進方式確定8個參數(shù)值；確定該激光掃描速度參數(shù)的范圍為500mm/s～1500mm/s，并以等差值100mm/s的遞進方式確定11個參數(shù)值；確定該鋪粉層厚參數(shù)的范圍為20μm～40μm，并以等差值5μm的遞進方式確定5個參數(shù)值；具體數(shù)值如下表1，其余參數(shù)值參考現(xiàn)有數(shù)值即可。表1該鋪粉層厚、激光功率和激光掃描速度參數(shù)的參數(shù)設(shè)置點值鋪粉層厚(μm)激光功率(W)掃描速度(mm/s)206050025806003010070035120800401409001601000180110020012001300140015003)以鋪粉層厚的每個參數(shù)點值為一爐實驗的定值，在每爐實驗中，再分別以激光功率參數(shù)對應(yīng)的8個參數(shù)點值和激光掃描速度對應(yīng)的11個參數(shù)點值一一對應(yīng)，形成8×11個Ⅰ型參數(shù)組，在每爐實驗中針對每個Ⅰ型參數(shù)組的參數(shù)條件分別打印一個金屬樣品塊，共完成5×8×11個金屬樣品塊的打印。如第一爐實驗以20μm的鋪粉層厚為基準(zhǔn)進行打印，每個Ⅰ型參數(shù)組的參數(shù)條件分別打印一個10*10*20mm長方體金屬塊，則得88個長方體金屬塊。當(dāng)然，每組Ⅰ型參數(shù)組打印金屬樣品快的個數(shù)可以根據(jù)實際需要增加。4)待5爐實驗全部燒結(jié)完成后，將其打印的金屬塊從基板上切下，并對每個長方體金屬塊進行洛氏硬度測試，結(jié)果見下表2至4。表2Ⅰ型參數(shù)組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數(shù)據(jù)(鋪粉層厚20μm)表3Ⅰ型參數(shù)組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數(shù)據(jù)(鋪粉層厚25μm)表4Ⅰ型參數(shù)組打印的部分金屬塊硬度(HRC)數(shù)據(jù)(鋪粉層厚30μm)從測試結(jié)果中選出硬度最高的那組參數(shù)，即鋪粉層厚參數(shù)點值和與其對應(yīng)的Ⅰ型參數(shù)組值，以及該Ⅰ型參數(shù)組中該激光功率參數(shù)點值的上下點值，和該激光掃描速度參數(shù)點值的上下點值，如從下表2至4中可得出鋪粉層厚為25μm、激光功率為140W和激光掃描速度為1100mm/s時，打印得到的長方形金屬塊的硬度最硬，則確定工藝參數(shù)：鋪粉層厚為25μm，激光功率為120W、140W、160W,激光掃描速度為1000mm/s、1100mm/s、1200mm/s，再由得到的3個激光功率參數(shù)點值和3個激光掃描速度參數(shù)點值一一對應(yīng)形成9組Ⅱ型參數(shù)組。當(dāng)然，鋪粉層厚不僅會影響零件的性能，還會影響零件的精度，其數(shù)值越小，精度越大，時間成本隨之增加，所以在確定該Ⅱ型參數(shù)組時，可根據(jù)自身實際情況確定鋪粉層厚，在鋪粉層厚確定后，3個激光功率參數(shù)和3個激光掃描速度參數(shù)一一對應(yīng)，確定9組Ⅱ型參數(shù)組。5)針對該9組Ⅱ型參數(shù)組的每組參數(shù)條件分別打印拉伸試棒，如每組參數(shù)打印5個縱向拉伸試棒，共打印完成45個拉伸試棒。6)將所得45個拉伸試棒分別進行拉伸試驗，實驗結(jié)果見下表5。表5Ⅱ型參數(shù)組打印的拉伸試棒室溫拉伸測試均值(鋪粉層厚25μm)根據(jù)拉伸試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)得到拉伸試棒力學(xué)性能最好的一個Ⅱ型參數(shù)組值，該Ⅱ型參數(shù)組值即為最適合該金屬材料3D打印的工藝燒結(jié)參數(shù)。如從表5可得出：160W激光功率和1000mm/s激光掃描速度為最優(yōu)組合，用此參數(shù)組值打印出來的材料，在保證了強度的同時，又具有很高的塑性，具有優(yōu)越的綜合力學(xué)性能。7)用戶還可根據(jù)實際需要，對所得拉伸試棒進行后續(xù)的熱處理、熱等靜壓等試驗操作，再根據(jù)該熱處理或熱等靜壓試驗的試驗結(jié)果，得到最適合該金屬材料3D打印的工藝燒結(jié)參數(shù)。當(dāng)然，還可根據(jù)實際需要，如打印金屬塊需要滿足的其他性能，可以在此基礎(chǔ)上進行參數(shù)的微調(diào)。本發(fā)明采取上述方法進行工藝燒結(jié)參數(shù)的摸索，適用于任何一種金屬材料；同時相比于直接用室溫拉伸實驗數(shù)據(jù)，用硬度數(shù)據(jù)來找變化趨勢，大大縮小了參數(shù)范圍，節(jié)省了大量的時間成本，以及原材料的消耗也大大降低，方法簡單可靠，經(jīng)濟實用。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3