[发明专利]一种基于结构特征的同步送粉增材制造工艺规划方法

说明书

本发明提供一种基于结构特征的同步送粉增材制造工艺规划方法，涉及增材制造技术领域。该方法首先将钛合金结构件分为梁类、框类、接头类、壁板类和肋类，将零件数模根据同步送粉增材制造工艺特点设计成工艺数模；然后对工艺数模进行分层切片处理，对每一层片数据根据结构特征进行区域划分，将每一类钛合金结构件均划分为平面型、十字型、工字型、一字型、T字型及L型；最后将结构特征同步送粉增材制造工艺过程、工艺参数优化形成数据库，为后续具体零件增材制造工艺设计调研，高效高质量完成增材制造工艺设计。本发明提供的基于结构特征的同步送粉增材制造工艺规划方法，简化了增材制造工艺设计难度，缩短了工艺设计周期，提高了工艺编排效率。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种基于结构特征的同步送粉增材制造工艺规划方法。

背景技术

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM俗称3D打印)是以合金粉末为原料，通过高功率激光原位冶金熔化快速凝固逐层堆积的一种兼顾材料制备和高性能零件成形的一体化技术。其原理是利用计算机三维软件设计出零件三维模型，然后对模型进行一定分层切片处理，将三维模型离散化为一系列二维层面，然后利用激光逐层扫描，叠加成形的方式添加粉末材料将计算机三维模型直接转换成实体零件。从复杂形状零件的制造来看，它与传统的制造技术相比具有无法比拟的优点：激光增材制造技术看可实现近净成形，节约材料，无需模具和专用夹具，生产周期短，效率高，且制造的零件具有优异的力学性能。因此在航空航天领域主要应用于结构和功能性金属部件的快速制造。

根据制造工艺的不同，激光增材制造技术可分为同步送料、预置铺粉、同步送料与预置铺粉相结合三种类型。其中同步送料又可分为同步送粉和同步送丝两种工艺。同步送粉，是利用气载式送粉器，将激光沉积粉末直接输送入激光熔池内，随着熔池在工件表面的移动，形成沉积层。实现同步送粉的方法有两种，一种为侧向送粉，另一种为同轴送粉。与预置送粉方式比较，同步送粉可以很好的实现气份保护，使熔覆粉末自身的性能不受空气内氧、氮等元素的影响，实现沉积层的优异的力学性能。

金属送粉激光增材制造技术根本上是激光熔覆沉积，在加工过程中利用同轴送料喷嘴将金属粉末同步运送至由激光束辐照形成的动态熔池中，完成金属粉末的熔化、凝固成形。该技术主要应用于复杂金属零件的快速制备以及工件表面改性以及修复。一方面，对于结构复杂的零件，传统的铸、锻等制造方式很难生产出来，即便可以，也存在着生产周期长、成本高、生产量难以提高等问题。利用金属送粉增材制造技术，可以大大缩短制造周期，降低成本，易于批量生产；另一方面，对于一些局部损坏的大型零件，尤其是航空、航天中的大型钛合金零件，如果重新生产，就会大大提高了生产成本，增长生产周期，难以保证按时完成生产任务。通过利用金属送粉激光增材制造技术，只需对破损部位进行局部修复，修复时间短并且修复完成后的零件性能完全符合生产标准，因此可以大大降低了生产成本，挽回损失。

现有同步送粉增材制造工艺规划方法存在的问题主要有：

(1)增材制造工艺设计依靠设计员个人经验

鉴于目前同步送粉增材制造技术生产设备不成熟，都是单个生产或者是小批量生产，同步送粉增材制造工艺取决于工艺人员的经验，去设定相关工艺参数，调节相关设备，不同的工艺人员设计经验不同，工艺人员的经验需要时间的积累，且个人的经验没有一个具体的衡量指标，不易传承，对工艺人员资质要求高，人为控制没有一个统一的标准，品质不稳定，为了满足需求，需要进行一定的后续处理，效率低，风险高。

(2)不同零件增材制造工艺设计无法借鉴，每个零件都要详细设计增材制造工艺设计、工作量巨大

不同类型的零件使用材料不同，即使使用材料相同，不同结构构型、尺寸的零件工艺不同，成型件的质量也不同，制品的成型件条件不同，工艺窗口窄，参数设置困难，此外，每一类零件不同工艺人员设计工艺不同，造成零件内部组织结构不同，不可以借鉴，无法将每一步的工艺传承下去。

(3)质量风险大