[发明专利]一种基于超声振动的金属3D打印零部件应力消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声振动的金属3D打印零部件应力消除方法，属于3D打印技术领域。

背景技术

激光选区熔化成形技术(金属3D打印技术一种)是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。

通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。

突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，可根据零件三维数模，利用金属粉末无需任何工装夹具和模具，直接获得任意复杂形状的实体零件，实现“净成形”的材料加工新理念，特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。

但是，在成形过程中，金属粉末被完全熔化，局部温度可以达到3000度以上，成形的熔池尺寸往往在几百微米以内，未熔化部分仍然保持着室温，因此形成很强的温度梯度，由于材料的热胀冷缩，加热部位和室温部位产生很大的热应力。打印过程中残余应力逐渐积累，当应力超过材料的抗拉强度以后，材料基体发生破坏，形成裂纹。根据裂纹扩展的距离，分成微观裂纹和宏观裂纹。宏观裂纹导致材料的使用失效，可以很容易检测。影响最大的微观裂纹在材料内部，很难通过常规的超声波探伤等检测到，产生很大的潜在威胁。因此，必须对金属3D打印中产生的残余应力加以消除。

发明内容

本发明的目的在于克服上述的不足，提供一种基于超声振动的金属3D打印零部件应力消除方法。

本发明的一种基于超声振动的金属3D打印零部件应力消除方法，包括安装在3D打印成形基板下的超声波发生器，以及和超声波发生器连接的振动频率控制器，还包括用于检测3D打印层级的层级测量装置；还包括材料控制模块以及材料应力测量仪；

将超声波发生器置于3D打印成形基板下，通过传输部件，将超声波发生器产生的振动引入到成形基板上；

振动频率控制器和超声波发生器连接，通过振动频率控制器调节超声波发生器的振动频率和时间；

层级测量装置和振动频率控制器连接，层级测量装置为激光探测器，用于探测3D打印物体的打印层级，并将打印层级反馈给振动频率控制器；

应力测量仪和振动频率控制器连接；

材料控制模块和3D打印头连接；

步骤为：

S1：开启3D打印过程激光开始熔化粉末，当单层打印完成时，启动超声波发生器，在材料控制模块内根据不同的材料设置打印参数；

S2：通过材料应力测量仪和层级测量装置反馈的数据，控制振动频率控制器的参数，让超声波发生器振动持续一段时间；

S3：对材料残余应力倾向大的，提高振动频率控制器的参数，使得振动时间响应延长；对倾向小的时间略短；

S4：超声振动结束之后，继续下一层的打印；

S5：对于残余应力倾向低的材料，通过层级测量装置提高检测层级，在打印数层之后再开启超声波发生器，进行一次超声振动。

本发明的有益效果在于：本发明相比于传统的直接金属3D打印，本发明提出的超声波应力消除方法及装置可以有效消除残应力，消除微观裂纹等缺陷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的优选实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明的一种基于超声振动的金属3D打印零部件应力消除方法，包括安装在3D打印成形基板1下的超声波发生器2，以及和超声波发生器2连接的振动频率控制器3，还包括用于检测3D打印层级的层级测量装置4；还包括材料控制模块5以及材料应力测量仪6；

将超声波发生器2置于3D打印成形基板1下，通过传输部件，将超声波发生器2产生的振动引入到成形基板1上；

振动频率控制器3和超声波发生器2连接，通过振动频率控制器3调节超声波发生器2的振动频率和时间；

层级测量装置4和振动频率控制器3连接，层级测量装置4为激光探测器，用于探测3D打印物体的打印层级，并将打印层级反馈给振动频率控制器3；

应力测量仪6和振动频率控制器4连接；

材料控制模块5和3D打印头7连接；

步骤为：

S1：开启3D打印过程激光开始熔化粉末，当单层打印完成时，启动超声波发生器2，在材料控制模块5内根据不同的材料设置打印参数；